專利名稱：空間/時間交換機架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交換機，特別是涉及多信道、無阻塞交換機。
在各種各樣的通信系統(tǒng)中采用交換機將諸如話音、數(shù)據(jù)、視頻、和音頻信號之類的數(shù)字信號從一個或多個信號源路由選擇到一個或多個目的地。可使用N×M多端口交換機將N個輸入數(shù)據(jù)信道中的任何一個連接到M個輸出數(shù)據(jù)信道中的任何一個。可將每個數(shù)據(jù)信道指定給其自己的物理信道，或可將多個信道復用到一個物理信道上以便共享該物理信道。在每個輸入信道和每個輸出信道之間可提供保證連接路徑的嚴格無阻塞交換機，而不需要在其它端口中重排任何現(xiàn)存的連接?？v橫接線器是嚴格無阻塞交換機的一個實例。某些應用，特別是同步光網(wǎng)絡(SONET)系統(tǒng)，除了以無阻塞性能為例的置換能力外，還需要交換機提供多信道廣播或廣播能力。就是說，交換機必須以從交換機輸入信道中的任何一個向其輸出信道中的幾個或所有信道交換數(shù)據(jù)的能力為特征。在SONET系統(tǒng)中為諸如第1層(STS-1)、第3層(STS-3)、第12層(STS-12)、或其它信道之類的大量同步傳送信號提供無阻塞交換的能力可能特別具有挑戰(zhàn)性。例如，在頒發(fā)給Lagle等人的美國專利5,715,248，頒發(fā)給Byers的美國專利5,781,320，頒發(fā)給Norman的美國專利5,742,605，頒發(fā)給Morton的美國專利5,383,196，和頒發(fā)給Uchida的美國專利5,682,257中了解并討論了SONET和STS-1，在此引入所有這些專利作為參考。
經(jīng)常通過將數(shù)據(jù)信道復用到一個單個物理信道來使攜帶一組數(shù)據(jù)信道所需的物理信道(例如光纖、絞合線對、或同軸電纜)的數(shù)量最小，從而避免與安裝和維護附加物理信道有關(guān)的資金消耗。該信號合并的一個結(jié)果是數(shù)據(jù)速率在物理信道上倍增。在交換該高數(shù)據(jù)速率信號時，可對復用的數(shù)據(jù)信道去復用，以便適應從一個輸入信道向一個輸出信道物理地交換數(shù)據(jù)的裝置的交換速度限制。例如，可將一個每秒一千兆位(Gbs)物理信道的十個信道去復用成十個每秒100兆位(Mbs)的數(shù)據(jù)信道，從而明顯減少了強加于物理交換的交換速度要求。因此，在可被合并到一個物理信道上的數(shù)據(jù)信道的數(shù)量與交換該數(shù)據(jù)信道的裝置所需的操作速度之間存在一個折衷方案。另外，對可用于一個交換機的物理輸入/輸出連接數(shù)量的限制力圖強制數(shù)據(jù)信道合并到有限數(shù)量的物理信道上。因輸入/輸出制約造成的限制在集成電路封裝層特別明顯，在該層的設計有時受到管腳引出線的限制。就是說，雖然在集成電路的(IC的)尺寸限定內(nèi)可物理地裝配具體希望的電路，沒有足夠的輸入/輸出管腳可用來適應必須進入或離開該電路的所有信號。或者，該數(shù)量的輸入和輸出所需的輸入/輸出緩沖器可能消耗太多功率。另外，隨著集成電路復雜性的增加，給IC上各種電路元件的互連、互連的路由造成了更大的困難，并且在管腳引出線與尺寸限度之間趨于存在一種折衷方案。
除了模塊式設計的已知優(yōu)點，例如設計工作的減少，標準化的再使用，全測試，和可靠的積木式部件，以及與大量的模塊生產(chǎn)有關(guān)的經(jīng)濟規(guī)模外，積木式設計可允許設計者平衡輸入/輸出、器件尺寸、信號速度、和路由限度的競爭要求。
因此，非常希望有一種適應輸入/輸出限制，器件交換速度限制，路由選擇，和器件尺寸制約的模塊交換機。
在根據(jù)本發(fā)明原理的交換機中，組合各自包括一個分解部件，一個交換核心，和一個組配部件的交換機模塊，以實現(xiàn)將N個輸入端口有效地連接到M個輸出端口并提供廣播能力的N×M多端口交換機。該交換機也可實施為無阻塞交換機。
在所說明的實施例中，每個交換模塊包括被稱為輸入和輸出端口的物理信道，每個端口攜帶至少一個輸入或輸出數(shù)據(jù)信道。所有數(shù)據(jù)信道具有以相同數(shù)量的比特分組構(gòu)成的其各自的數(shù)據(jù)塊。例如，如果要交換的數(shù)據(jù)信道包含以字節(jié)構(gòu)成的數(shù)據(jù)，即每個數(shù)據(jù)塊8比特長，和比特分組(數(shù)據(jù)塊的組成部分)由單個比特構(gòu)成，即每個比特分組1比特長，將組合8個模塊形成一個交換，每個比特分組一個模塊。同樣，一個32比特的數(shù)據(jù)塊可構(gòu)成為32個1比特的比特分組，8個4比特的比特分組，4個8比特的比特分組等，分別采用32、8或4個模塊交換數(shù)據(jù)信道。雖然數(shù)據(jù)塊可以構(gòu)成為任何數(shù)量的比特分組，且比特分組可以構(gòu)成為任何數(shù)量的比特，為了便于說明，除了另外指出，下面的討論一般假設一個數(shù)據(jù)塊包含8個比特和一個比特分組包含1個比特。
每個模塊中的分解器將其接收的數(shù)據(jù)塊分解，或＂分開＂成比特分組，從信道向交換核心路由選擇比特分組。例如，在接收字節(jié)寬的數(shù)據(jù)塊并對1比特的比特分組操作的模塊中，分解器將每個字節(jié)分成8比特，并將每個比特路由選擇到構(gòu)成該交換機的8個交換模塊內(nèi)的不同交換核心。
每個模塊內(nèi)的交換核心在比特分組等級上將每個輸入信道與每個輸出信道連接。就是說，每個交換核心被指定一個對其操作的特定比特分組，接收所有信道的那些比特分組，并將那些特定比特分組路由選擇到適當?shù)慕M配器，并通過組配器到輸出信道。例如，在對具有字節(jié)寬的數(shù)據(jù)塊的信道操作并在比特等級(1比特的比特分組)交換的交換機中，一個交換核心將接收和交換來自所有輸入信道的每個字節(jié)的第一比特，第二交換核心將接收和交換來自所有輸入信道的第二比特，第三交換核心將接收和交換來自所有輸入信道的第三比特等。
每個模塊內(nèi)的組配器從每個交換核心接收交換的比特分組，并將比特分組組配成每個輸出信道的數(shù)據(jù)塊。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從下面結(jié)合附圖所做的詳細描述對本發(fā)明上面和進一步的特性，方面和優(yōu)點對是顯而易見的，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的N×M交換機的概念方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明原理的交換模塊功能層的方框圖；圖3是采用根據(jù)本發(fā)明原理的交換模塊的2×2交換機功能層的方框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的空間/時間交換核心功能層的方框圖；圖5是描繪構(gòu)成768×768無阻塞SONET交換機的交換模塊組合的功能層方框圖；圖6是說明由象圖5的交換機這樣的768×768交換機交換的768個信道的一種可能組合的位映像；圖7是根據(jù)本發(fā)明原理的交換核心功能層的方框圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明原理的交換核心替換實施例的功能層的方框圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明原理的交換模塊的方框圖，描繪了8模塊交換機的一個交換模塊的互連路徑；圖10A和10B分別是根據(jù)本發(fā)明原理的交換核心的輸入和輸出映像；圖11A和11B分別是僅采用一個交換模塊的96×96 SONET交換機的方框圖表示，和對應的輸入/輸出矩陣；圖12是8模塊576×576 SONET交換機功能層的方框圖；圖13A和13B分別是多比特交換模塊，和采用四個這種模塊的768×768 SONET交換機功能層的方框圖；圖14A和14B分別是多比特交換模塊和采用四個這種模塊的576×576交換機功能層的方框圖。
雖然可以以任何數(shù)量比特分組的形式構(gòu)成數(shù)據(jù)塊，和可以以任何數(shù)量比特的形式構(gòu)成比特分組，為便于說明，除非另外指出，下面的實例一般假設一個數(shù)據(jù)塊包含8比特和一個比特分組包含一個比特。圖1的概念方框圖說明了根據(jù)本發(fā)明原理的嚴格無阻塞N×M交換機的基本構(gòu)成。交換機100從任選的去復用器102接受數(shù)據(jù)，并從N個輸入數(shù)據(jù)信道中每一個向所選擇的M個輸出數(shù)據(jù)信道交換數(shù)據(jù)。交換之后，把輸出信道路由選擇到一個任選的復用器，以便集中到更少數(shù)量的物理信道中。交換機包括N個輸入數(shù)據(jù)端口106-116，和M個輸出數(shù)據(jù)端口118-128。數(shù)據(jù)端口106-128提供交換機100與其它裝置，例如所說明實施例的去復用器102和復用器104之間的物理信道。在所說明的實施例中，每個數(shù)據(jù)信道被指定給其自己的數(shù)據(jù)端口。每個以由比特分組組成的數(shù)據(jù)塊構(gòu)成數(shù)據(jù)信道內(nèi)的數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)信道可以具有例如以1比特的比特分組組成的字節(jié)寬的數(shù)據(jù)塊形式構(gòu)成的數(shù)據(jù)。交換機包括O交換模塊130-138，O是一個數(shù)據(jù)塊中比特分組的數(shù)量，例如，當數(shù)據(jù)塊是1字節(jié)寬并且比特分組是1比特寬時，O=8，當數(shù)據(jù)塊是1字節(jié)寬并且比特分組是2比特寬時，O=4等等。
O交換模塊130-138各自包括至少1個輸入端口和1個輸出端口。在所說明的實施例中，所有交換模塊具有相同數(shù)量的輸入端口和相同數(shù)量的輸出端口。為清楚起見，圖1中省略了某些端口。交換模塊130包括輸入端口106和108以及輸出端口118和120，并提供兩個物理信道，分別為到交換模塊130的輸入數(shù)據(jù)信道和來自交換模塊130的輸出信道。交換模塊130-138中的每一個包括一個從有關(guān)的輸入端口接收數(shù)據(jù)的分解器140-148，從每個分解器接收和交換比特分組的交換核心150-158，和從每個交換核心接收交換的比特分組的組配器160-168。下面更詳細地描述每個交換模塊組件。
根據(jù)所說明實施例的原理，當交換模塊130接收數(shù)據(jù)塊，例如一個字節(jié)時，分解器140將數(shù)據(jù)塊分成比特分組，例如比特，并將這些比特分配給各個交換核心150-158。結(jié)果，從數(shù)據(jù)信道輸入到分解器140的所有相應的比特1、2、3、4、5、6、7、和8分別路由選擇到交換核心150、152、154、156…、158。圖1中說明了從分解器140到交換核心150-158的相應連接路徑170、172、176、178、和180。還說明了從分解器142到交換核心150為所有比特1提供路由的連接路徑182。為清楚起見，已從圖1去掉了分解器和交換核心之間的剩余連接路徑。同樣，給出了為組配器160攜帶交換的比特1-8的相應連接路徑184、186、188、190、和192。來自交換核心150的連接路徑194從交換核心150向組配器162傳送交換的比特1，組配器162組配來自相應的交換核心150-158的交換比特1-8。交換核心150-158連接到組配器160-168，為清楚起見，以同樣方式從圖1中省略幾條連接路徑。
操作中，把來自數(shù)據(jù)信道的數(shù)據(jù)路由選擇到分解器140-148，分解器140-148逐位地分開數(shù)據(jù)(假設為1比特的比特分組)，并將分開的數(shù)據(jù)發(fā)送到交換核心150-158，每個交換核心交換來自所有輸入信道的所有相應比特數(shù)據(jù)，并將交換的比特數(shù)據(jù)分配給適當?shù)慕M配器160-168，以便為輸出端口118-128組配成數(shù)據(jù)塊。
圖2的方框圖提供了更詳細的交換模塊圖，例如圖1的交換模塊130，相同部件具有相同標號。每個交換模塊130可包括N個輸入端口106、108…109，和M個輸出端口118、120…121。例如，在一個說明的實施例中，每個數(shù)據(jù)塊是8比特寬，每個比特分組是1比特寬，把768個輸入數(shù)據(jù)信道交換到768個輸出數(shù)據(jù)信道上，每個交換模塊上輸入端口和輸出端口的數(shù)量是768÷8=96個輸入端口和96個輸出端口。在分解器40中分解來自這些輸入端口中每一個的數(shù)據(jù)，并將分解的比特分組，例如以1比特的比特分組實施的單個比特沿連接路徑170、172、…173分配到內(nèi)部交換核心150，和其它交換模塊(未示出)的交換核心。如果在每個分解器只分解一個數(shù)據(jù)信道，連接路徑170、172、173中的每一個僅為一個數(shù)據(jù)信道攜帶比特分組數(shù)據(jù)。另一方面，如果每個交換模塊適應多個數(shù)據(jù)信道，連接路徑170-173中的每一個可包括來自多個數(shù)據(jù)信道的比特分組數(shù)據(jù)。從分解器140引到其它交換模塊的連接路徑的數(shù)量等于交換模塊O-1的數(shù)量，但每個連接路徑可以攜帶多個數(shù)據(jù)信道。另外，每個連接路徑可以包括多個物理路徑，例如導線、印刷電路線、或集成電路中的導電路徑。交換模塊的數(shù)量由一個數(shù)據(jù)塊中比特分組的數(shù)量，例如一個字節(jié)中8比特來確定。
同樣，總共O-1個連接路徑182-183把其它分解器鏈接到交換核心150，O-1，194-195連接路徑把交換核心150鏈接到其它組配器，和O-1，186-187連接路徑把其它交換核心鏈接到組配器160。這些連接路徑中的每一個可以從多個數(shù)據(jù)信道傳送比特分組，以便例如8個連接路徑170、182…183可以各自攜帶來自96個數(shù)據(jù)信道的比特分組數(shù)據(jù)，從而把768個數(shù)據(jù)信道的數(shù)據(jù)提供給交換核心150。分解器140和組配器160可分別包括一個去復用器和一個復用器。對于該實例中包括的復用器和去復用器，例如，在8個物理信道上可攜帶96個到分解器140的輸入信道。
圖3的功能層方框圖說明了根據(jù)本發(fā)明原理的2信道，2比特數(shù)據(jù)塊，1比特，比特分組交換機300的結(jié)構(gòu)。交換機300包括交換模塊302和304。如前所述，每個交換模塊302和304分別包括分解器306和308，交換核心310和312，以及組配器314和316。去復用器318接收輸入數(shù)據(jù)信道ch1和ch2并對該數(shù)據(jù)去復用，把ch1數(shù)據(jù)發(fā)送到交換模塊302，ch2數(shù)據(jù)發(fā)送到交換模塊304。分解器306把每個2比特數(shù)據(jù)塊分解成1比特的比特分組并分別把信道1，比特1(c1b1)和信道1，比特2(c1b2)路由選擇到交換核心310和312。同樣，分解器308分解信道2的每個2比特數(shù)據(jù)塊，并分別把信道2，比特1(c2b1)和信道2，比特2(c2b2)路由選擇到交換核心310和312。
交換核心310和312把來自信道1和2的比特1數(shù)據(jù)分別交換到出局信道3和4。結(jié)果，交換核心310把信道3，比特1(c3b1)和信道4，比特1(c4b1)數(shù)據(jù)分別路由選擇到組配器314和316。同樣，交換核心312把信道3，比特2(c3b2)和信道4，比特2(c4b2)數(shù)據(jù)分別路由選擇到組配器314和316。組配器314和316把信道3和信道4的比特分組分別組配成傳送到復用器320的2比特數(shù)據(jù)塊。復用器320復用來自信道3和4的數(shù)據(jù)塊并產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)流ch3/ch4。
圖4中說明了根據(jù)本發(fā)明原理的4×4交換核心400的概念方框圖。交換機400是空間/時間交換機，在其中將物理或空間交換與時間交換組合，以便適應信號速度和交換機尺寸限度的競爭要求。就是說，如果可使用時間交換依次交換比特分組，則可將交換機的體積做得更小。同時，當使用空間交換并行進行交換時可交換高速信號。如下面的實例所表明的，一種因素可相對于另一因素折衷，以便對于給定的實施獲得適當?shù)某叽绾退俣然旌稀?br> 在所說明的該實施例中，四個輸入信道的第一比特c1b1至c4b1交換到四個輸出信道的第一比特c5b1至c8b1。一個4到2復用器402把比特分組，即從各個分解器路由選擇到交換核心400的第一比特復用到2到1復用器404、406、408、和410。在所說明的該實施例中，在第一時隙期間，復用器402選擇比特c1b1和c2b1，并把那些比特路由選擇到2到1復用器404-410。在第二時隙期間，復用器402選擇比特c3b1和c4b1，并把它們路由選擇到2到1復用器404-410。以這種方式，2到1復用器404-410中的每一個可選擇任何輸入c1b1至c4b1，以便分別鎖存到存儲區(qū)412-418。經(jīng)常，并且在下文中也是將存儲區(qū)412-418描繪成可對應于時隙和被稱為軌條(rail)的物理連接路徑的組合的交換矩陣。如在所說明的實施例中，不是在兩個時隙中交換比特，而是通過為每個輸出比特位置412-418復制一個4到1復用器而在一個時隙中交換所有比特。然而，該實施例可能需要更高速的電路并且可能消耗更多空間。如果可提供空間和高速電路，可將該交換機體現(xiàn)為根據(jù)本發(fā)明原理的交換模塊內(nèi)的交換核心。如下面的實例所表明的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)考慮不同規(guī)模，例如更大的交換機，和不同復用層。
新的模塊無阻塞交換機特別適合于復雜應用，例如SONET系統(tǒng)內(nèi)768×768個STS-1信道的無阻塞交換。在圖5說明的實施例中，相同元件具有相同的參考標號，模塊交換機通過采用比特分開方案(例如每個比特分組是1比特寬)來適應交換臺管腳、裝置管腳、裝置尺寸和功率消耗的限制。在所說明的實施例中，交換機包括8個交換模塊，每個比特一個交換核心。每個交換模塊內(nèi)的每個分解器分解來自96個STS-1信道的數(shù)據(jù)，把來自所有信道的數(shù)據(jù)比特分配到適當?shù)慕粨Q核心。例如，來自所有768個信道的所有第一比特可路由選擇到第一模塊的交換核心150以便交換，來自所有768個信道的第二比特可路由選擇到第二模塊的交換核心152以便交換，等等。
在下面的實例中，假設在包括8個交換模塊的交換機之前把所有768個STS-1信號在一個階段同步到一個單一的時鐘。在所說明的實施例中，雖然模塊交換機對分成1比特寬，即采用1比特的比特分組的比特分開數(shù)據(jù)操作，對2比特的比特分組操作的裝置應用同樣的考慮。
在每個交換核心150-158中，所有相關(guān)的比特(例如交換模塊130的比特1，交換模塊132的比特2等)在48個時隙中(注意16×48=768)在16條軌條上說明性地輸入到交換核心。每條軌條以311.04Mb/s的速率傳送數(shù)據(jù)。這樣，8個這樣的裝置可適應768個STS-1信號的數(shù)據(jù)速率。就是說，由于一個STS-1信號的傳輸速率是每秒51.84兆位(Mbps)，768個這樣的信號將產(chǎn)生每秒39.81千兆位(Gbps)的傳輸速率。由于每個裝置的交換核心對768個信道中每一個的1比特操作，以(每個交換核心的軌條數(shù))×(交換核心的數(shù)量)×(交換處理速度)=16×8×311.04Mbps=39.81Gbps的速率，即768個STS-1信號的數(shù)據(jù)速率處理每個比特。在每個交換核心內(nèi)部，可將數(shù)據(jù)去復用到32條軌條，以一半速率155.52Mb/s操作。這種情況下，在24個時隙中可在32條軌條上(注意，32×24=768)提供768個比特。該去復用可進一步繼續(xù)，在兩倍的軌條上攜帶數(shù)據(jù)，各以一半速率工作。
可由例如圖6所示的矩陣表示說明的實施例的輸入數(shù)據(jù)比特，其中每行表示一條軌條，每列表示一個時隙。可按軌條號和時隙號排列每個入局STS-1信號的數(shù)據(jù)比特。下文稱該矩陣為輸入比特映像。同樣，可由輸出比特映像表示交換機的輸出，其中由出局軌條號和時隙號識別每個出局STS-1信道。
交換機在指定該信號源的交換控制映像的控制下工作，交換控制映像可以是在圖6的矩陣表達式中針對輸出比特映像中768比特的每一個的STS-1號或入局軌條和時隙號。假設已經(jīng)如上面指示的對該數(shù)據(jù)軌條去復用并由圖6的矩陣表示，行號的范圍是1-32，時隙號的范圍是1-24。因此，與每個輸出比特對應的10位數(shù)可表示輸出比特的信號源，因此，可通過存儲7680比特來實現(xiàn)交換控制映像。例如，如果交換控制映像在所有768項中包含軌條2、時隙21，來自軌條2、時隙21的輸入比特將廣播到所有輸出信道。由于每個輸出比特來自不同位置的信號源，如果交換控制映像中的所有768項是維一的，其對應于一個置換網(wǎng)絡。該交換機可適應廣播和置換矩陣的任何組合。
可以以一個單級空間交換機的形式實現(xiàn)交換核心150-158中的每一個。這種情況下，對入局比特存儲24個時隙，以使所有768比特可供交換使用。一旦可使用所有比特，則可使768×768縱橫接線器工作以組配輸出比特映像。在接下來的24時隙期間在32個軌條上發(fā)出輸出比特映像中的比特，同時用新數(shù)據(jù)填充輸入比特映像存儲器。該方案需要相當于768×768=589824個交叉點。
如上所述，可使用空間/時間交換機架構(gòu)實現(xiàn)交換機核心，以減小交換核心的尺寸。例如，不是每隔24個時隙(即每隔24×6.43ns=154.32ns一次)僅操作縱橫接線器一次，而是在每個時隙中操作，或重新構(gòu)成交換。這樣允許交換機核心的尺寸減小到24分之一。在所說明的768×768的實施例中，每個時間復用交換核心的尺寸大致等于具有768×768/24=24576等效交叉點的純空間交換機。時間復用，或空間/時間實施包括附加定時和控制的復雜性，但可提供其它優(yōu)點。
可以以各種結(jié)構(gòu)，通過軌條和時隙的不同組合實施該空間/時間交換機。圖7提供了說明該空間/時間實施700的實施例的概念方框圖，下文中稱該空間/時間實施700為擴展空間/時間交換機。該結(jié)構(gòu)針對交換機核心的輸出比特映像中768個位置中的每一個采用一個選擇部件701。在所說明的實施例中，每個選擇部件701采用一個32至1復用器702以選擇32條軌條中的一條。由于以＂異＂門708和鎖存器710組合的形式在功能層中說明的控制電路與768個復用器702中的每一個有關(guān)，并用來在24個時隙的過程中把輸入到復用器的768比特中所希望的比特鎖存到輸出比特映像706中，所選擇的軌條在所有24個時隙704中保持相同。就是說，每個32至1復用器在32個軌條中選擇一個，控制電路(即門電路708和鎖存器710)的鎖存動作從24個時隙中選擇所希望的時隙。因此，可以在24個時隙中的任何一個在32條軌條之一選擇768個輸入比特中的適當比特，以便寫入輸出比特映像706內(nèi)的一個位置。
由于從每個輸入信道到來一個比特的所有768個輸入比特發(fā)送到每個選擇部件701中，可將任何一個比特發(fā)送到輸出比特映像706內(nèi)的所有位置。就是說，可使用交換核心700從任何輸入信道向所有輸出信道廣播數(shù)據(jù)。例如，如果選擇部件701指向輸出比特映像706中的軌條1、時隙1，如前面討論的交換控制映像確定的其信號源是輸入比特映像(未示出)的軌條8、時隙19，輸入到復用器702的5比特控制可選擇軌條8，以便在所有24個時隙期間出現(xiàn)在復用器702的輸出。然后，由＂異＂電路708功能地表示的啟動電路僅在入局時隙19期間啟動鎖存器710，因此，選擇在時隙19中在軌條8上出現(xiàn)的比特以便輸出到軌條1、時隙1。在所說明的該實施例中，在24個時隙之后，已經(jīng)將所有輸入比特交換到輸出比特映像706內(nèi)適當?shù)奈恢?。然后，可將輸出比特映?06并行加載到另一個比特映像712中，該比特映像712工作以便緩沖輸出數(shù)據(jù)并允許為接下來的連續(xù)24個時隙用輸出數(shù)據(jù)加載比特映像706。
可利用768個選擇部件701的規(guī)律性將它們構(gòu)成在集成電路實施中反復使用的小的、有效布局單元。就是說，可以在各種集成電路實施中來實現(xiàn)在所說明的該實施例中采用的8個交換核心中的每一個，而不論所有8個模塊是封裝在一個單獨的集成電路內(nèi)，一個單獨的集成電路包含單獨模塊，還是每個模塊被分配在全部多個集成電路中。與封裝無關(guān)，可將每個交換核心構(gòu)成在許多有效布局的任何一個中。
圖8的功能層方框圖中說明了一種替換交換核心800。所說明的該交換核心實施例采用32個768∶1復用器802。在該實施例中，在一個步驟中針對24個時隙中的每一個從32位總線805(每位一個軌條)加載輸入位映像804。因此，一旦用來自768個信道中每一個的一個比特填充輸入位映像804，該內(nèi)容并行轉(zhuǎn)到一個復制的輸入位映像806。32個復用器802中的每一個在24個時隙中的每一個期間把所選擇的比特傳送到32位輸出數(shù)據(jù)總線808。就是說，在任何時隙中，由該32個復用器產(chǎn)生出局數(shù)據(jù)總線808的數(shù)據(jù)。每個復用器802已接入所有768個輸入映像比特并被指定生成輸出總線的一條軌條。通常在每個時隙期間改變到每個復用器的10比特控制輸入。因此，在每個時隙中，不大于交換控制映像所需的7680比特的320控制比特是有效的，并可在例如有效面積雙端口RAM中實施交換控制映像。在所說明的SONET應用中，復用器802必須以155Mbs工作或必須采用其它步驟以適應SONET數(shù)據(jù)速率。例如，通過復用器控制比特的定時中的對應改變可增加重新定時階段。
圖9的功能層方框圖提供了在768×768無阻塞SONET STS-1交換機中采用的8個交換模塊之一的互連路徑的更詳細的示意圖。交換機模塊800包括一個分解器802，一個768×768單比特交換核心804，和組配器806，如前面與分解器，交換核心，和組配器有關(guān)的討論中所描述的，交換模塊800中的所有裝置是根據(jù)本發(fā)明的原理實現(xiàn)的。在所說明的該實施例中，在分開的集成電路上實施每個交換模塊，并且每個分解器和組配器分別包括一個去復用器和復用器。
每個模塊800在分解器802接收8個STS-12輸入并在組配器806提供8個STS-12輸出。由于每個STS-12信號由12個STS-1復用信號組成，8個輸入包含相當于8×12=96個STS-1信號。因此，包括8個交換模塊800的交換機可把768個STS-1輸入信道連接到768個STS-1輸出信道。在所說明的該實施例中，分解器802把8個STS-12信道去復用到96個STS-1信道并把96個STS-1信道的數(shù)據(jù)塊(字節(jié))分解成比特寬的片。以這種方式將入局信號分片之后，分解器802逐個復用所有96個STS-1信號的＂垂直片＂，即比特寬的比特分組，并在標為BIT1的垂直輸出上將它們輸出。括號內(nèi)的＂dev1交換核心＂表示分解的比特組被路由選擇到裝置1的交換核心。結(jié)果，BIT1數(shù)據(jù)被路由選擇到裝置1的交換核心804，BIT2數(shù)據(jù)被路由選擇到裝置2的交換核心(未示出)，等等。因此，在分解器的8個逐位輸出端上輸出所有96個入局STS-1信道上的信息。分解器的8個輸入和8個輸出軌條上的比特速率是相同的，但格式不同；輸入是字節(jié)插入的STS-12(即總共64個STS-12中的8個)的(＂水平分片＂)，輸出是比特插入的STS-1(＂垂直分片＂)，其中輸出僅有一個比特分組。輸入軌條具有來自一個STS-12(或12個STS-1)的所有比特，輸出軌條僅有比特1，但來自所有96個STS-1。
為進一步理解，STS-12輸入具有12個復用字節(jié)(來自每個STS-1的一個字節(jié)，每個字節(jié)8比特)，因而具有96比特的周期。如上所述，由于每個分解器對96個STS-1操作，分解器的逐位輸出也具有96比特的周期。交換核心804是一個一比特的768×768交換機。在8個軌條的每一個上接收具有96比特周期的輸入(即每個周期8×96=768比特)，根據(jù)控制映像對它們進行交換并在8個出局軌條上輸出其結(jié)果，每個輸出還是具有96比特的周期?？梢钥吹?，按該交換控制映像把以8行乘96列輸入比特矩陣形式的輸入重新排列成出局的8行乘96列矩陣。在圖10A和10B的輸入和輸出映像中分別說明該周期性。在輸入映像10A中，每行包含來自8個裝置之一的分解器的比特1。水平軸代表時間軸。該矩陣中的每一項表示由分解器的復用產(chǎn)生的不同信道。交換相當于將輸入映像中的任何比特指向輸出映像中的任何位置。根據(jù)交換部件的設計，可在交換控制映像的命令下實現(xiàn)廣播、多播、一對一交換或關(guān)閉或它們的組合。
在所說明的該實例中，每個交換模塊800包含所有交換功能的八分之一。該交換機的嚴格無阻塞特征來自該部件的設計。然而，根據(jù)本發(fā)明原理的交換機不需要無阻塞。
返回圖9，組配器806把8個逐位復用的輸入組配成96個STS-1字節(jié)并進一步將它們復用成8個STS-12信號。該功能與分解器的功能相反。輸入信號從8個交換核心到達，各包含具有96比特周期的不同比特(比特1至8)，模塊800中的每一個可包括常規(guī)功能部件，例如時鐘恢復，時鐘域校準，控制器接口，交換控制映像等(未示出)。如上所述，在圖9中用括號表示所說明的該實施例的8個裝置間的互連。應指出(1)分解器802對STS-12信號的入局(源)8個軌條片的所有比特操作。
(2)交換核心804對整個交換機所有STS-1的比特1操作。
(3)組配器806對出局(目的地)8個軌條STS-12片的所有比特操作。
如圖11的概念方框圖中所說明的，可連接一個單獨的交換模塊1100，例如圖8的交換模塊800，以便產(chǎn)生一個96×96STS-1交換機。在該實施例中，來自分解器1102的所有輸出連接到交換核心1104的輸入，來自交換核心1104的所有輸出連接到組配器1106的輸入。圖11B示出對應的輸入/輸出矩陣。在所說明的該實施例中，單個交換核心1104把輸入信道的所有8個比特交換到輸出信道內(nèi)的所有位置，而不是如圖9的實例中那樣為每個輸入信道(STS-1信號)交換單個比特。由于這是一個96×96交換機，可以僅在相同行內(nèi)而不跨越這些行重新排列交換映像(例如廣播、多播、一對一關(guān)閉)?？刹捎猛瑯拥倪B接實現(xiàn)只使用兩個交換模塊的192×192 STS-1交換機，或使用四個交換模塊的384×384交換機。
圖12的實施例進一步說明了新交換模塊的靈活性，其中采用8個交換模塊1202-1216形成一個576×576 STS-1交換機。如上所述，每個交換模塊包括一個分解器，一個交換核心，和一個組配器，在該圖中分別標為D，S和A。連接六個模塊1202至1212中的每一個，以便接收8個STS-12輸入和發(fā)射8個STS-12輸出。該結(jié)構(gòu)為576個STS-1信號提供交換。
模塊1202-1212中的每個分解器把輸入信號分成8個分開的比特并把它們(逐位復用的)輸出到8個軌條，8個軌條把它們輸出到8個裝置的交換部分。因此，6個分解器輸出6個模塊×8條軌條=48軌條。48條軌條連接到8個交換核心，各具有每個交換模塊6個輸入軌條。交換輸出同樣連接到組配器的輸出。雖然在所說明的該實施例中這些交換模塊用于一個576×576交換機，其周期與768×768交換機保持相同，并且時鐘速率沒有變化，或是在該應用或其它類似應用中不需要定時。應指出，在該實例中不使用最后兩個模塊1214和1216中的分解器D和組配器A。
圖13的功能層方框圖說明了可以用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明原理的使用四個(或更少)交換模塊的768×768 STS-1交換機的多比特交換模塊的基本功能部件。由于對每個交換模塊采用交換控制映像，該方案不僅減少該交換機中交換模塊的數(shù)量，而且減少了必須由類似量從8到4，重復的交換控制映像的數(shù)量。作為替換，交換核心可以對一比特的一部分，例如每個交替比特(＂半比特＂的情況)操作，以便制造該裝置兩倍(1536×1536)的更大交換結(jié)構(gòu)。此外，如果通過復用器內(nèi)部路由選擇來自預定給相同模塊內(nèi)的交換核心的分解器的信號，可減少輸入和輸出管腳的數(shù)量，導致更低的功率消耗和減少接線擁擠。
如同相對于圖13B所討論的，可連接象交換模塊1300這樣的四個交換模塊以實現(xiàn)一個768×768 STS-1的交換機。交換模塊1300在分解器D的輸入接收16個STS-12信道。這些信號分解成逐位復用的16個輸出軌條。每對軌條傳送來自192個STS-1的不同比特(例如比特1，比特2，…比特8)。交換核心S包含用于交換768位映像的2個比特的電路。因此，在連接到交換機輸入的16個軌條之外，四個來自相同模塊內(nèi)的分解器D。這四個軌條可從分解器部件內(nèi)部連接到交換部件。
可設定復用器M1，以便對于模塊11302應用，4個裝置內(nèi)軌條傳送比特1、2，對于模塊41308應用，它們傳送比特7、8。對于模塊1304應用，分解器D的12個裝置間輸出分別傳送比特3，4；5，6；7，8，而對于模塊41308應用，它們分別傳送比特1，2；3，4；5，6。相對于圖13B更詳細地討論與所說明的該實施例有關(guān)的其它模塊的互連。對于模塊1，復用器M2把來自分解器D的模塊內(nèi)輸入引導到交換核心S的前192個輸入，而對于模塊2應用，M2把模塊內(nèi)輸入引導到STS-1輸入號193-384。此外，對于模塊1應用，M2把12個外部輸入(在4組中)分別引導到交換機輸入號193-384，384-576和577-768。對于模塊2應用，M2把12個外部輸入(在4組中)分別引導到交換機輸入號1-192，384-576和577-768?？赏瑯拥贸瞿K3和模塊4應用對M2的要求。
對于模塊1應用，復用器M3的四個裝置內(nèi)連接傳送來自STS-1輸出號1-192的信息。對于模塊3應用，來自M3的四個裝置內(nèi)軌條傳送來自輸出號STS-1385-576的信息。對于模塊1應用，12個外部輸出(在4組中)分別傳送STS-1輸出號193-384，384-576和577-768的信息。對于模塊3應用，M3的12個外部輸出(在4組中)分別傳送STS-1輸出號1-192，193-384和577-768的信息。
對于模塊1應用，從交換機到M4的四個模塊內(nèi)輸出引導到比特1、2的輸入。對于模塊2應用，來自交換機的四個模塊內(nèi)輸出引導到比特3、4的輸入。對于模塊1應用，把12個外部輸入(在4組中)分別引導到比特3，4；5，6和7，8。對于模塊2應用，把12個外部輸入(在4組中)分別引導到比特1，2；5，6和7，8。
如圖13B中所說明的，模塊1302的交換核心對比特1和2操作。同樣，裝置1308的交換核心對所有768個STS-1的比特7，8操作。因此，在模塊1302的情況下，從分解器D到交換核心S的裝置內(nèi)連接從前面的(16個STS-12×12STS-1)=192個STS-1帶來比特1，2，同時在模塊1308的情況下，裝置內(nèi)的連接從后面的192個STS-1帶來比特7，8。可設定圖13A示出的復用器M1，以便對于模塊1302應用，4個裝置內(nèi)軌條傳送比特1，2，對于模塊1308應用，它們傳送比特7，8。對于模塊1302應用，分解器D的12個裝置間輸出分別傳送比特3，4；5，6；7，8，而對于模塊1308應用，它們分別傳送比特1，2；3，4；5，6。另外，模塊間和模塊內(nèi)的連接從相對于圖13A和13B的討論中應是顯而易見的。對于單比特，或多比特交換核心實施的模塊內(nèi)(集成電路交換模塊實施中的裝置內(nèi))連接可采用復用器。
在前面說明的實施例中，每個分解器輸出軌條包含一個單比特(例如比特1或比特2等)，因此，所出現(xiàn)的輸出軌條的數(shù)量限于8的整數(shù)倍。然而，通過把多于一個比特復用到一個輸出軌條上，可獲得更大的量化度和優(yōu)化的裝置尺寸。所說明的圖14A的交換模塊1400的實施例可與三個其它相似的交換模塊組合，如圖14B說明的，以產(chǎn)生一個576×576STS-1交換機。模塊1400包括12個STS-12輸入，以便每個模塊為相當于12×12=144個STS-1信號提供連通性。模塊1400的體積可以比圖13A的模塊1300小。另外，與來自模塊1300的組配器A的16個輸出相比，模塊1400僅具有來自組配器A的12個輸出。
分解器D產(chǎn)生12個輸出，其中的3個是到2比特交換部件S的裝置內(nèi)連接。這三個輸出軌條包含所有144個STS-1信號的比特0和1。每個軌條傳送48個STS-1信號的比特0和1，并因此而具有96比特的周期。對于每個STS-1，如果比特1跟在比特0之后，因為對于屬于相同STS-1的兩種比特來說交換映像信息是相同的，可以用更少的轉(zhuǎn)移(和略低的功率消耗)實現(xiàn)兩個比特的交換。然而，也可使用諸如四個比特0后跟四個比特1之類的任何其它復用排列，只要它們符合交換核心的設計。可將9個其它的分解器輸出分成三組。每一組的三個軌條同樣傳送144個STS-1的2個比特。圖14B說明了四個交換模塊1402-1408的對應互連。還應該指出，分解器的輸出速率不必與輸入速率相同。它們可以是更低速率(例如對于兩倍軌條而言的一半速率)或更高的速率以適應互連技術(shù)的能力。
根據(jù)本發(fā)明的原理，使用交換模塊實現(xiàn)各種各樣的交換機，每個交換模塊包括一個分解器，一個交換核心，和一個組配器。不需要使用由特定交換機實施采用的所有模塊的所有部件。例如，雖然在一個交換機中可使用8個模塊，并不需要用所有模塊的分解器和組配器來實施該交換機。定出每個交換模塊內(nèi)每個交換核心的尺寸以便縱橫連接可交換機構(gòu)(例如768，576，1536等)的總數(shù)可以是部分/單個/多個比特。通常由每個比特分組的比特(例如2比特，1比特或0.5比特等)劃分的每個數(shù)據(jù)塊的所有比特(例如8)支配交換機中使用的裝置的總數(shù)，比特分組由每個交換模塊內(nèi)的交換核心操作。輸入(輸出)信號的總數(shù)分配給(來自)每個交換模塊的分解器(組配器)。在可能時，為了優(yōu)化尺寸和特定實施的速度，該分配通常是偶數(shù)分配。分解的輸出可通過模塊內(nèi)或模塊間的連接連接到交換核心，交換機輸出可通過模塊間或模塊內(nèi)的連接連接到組配器的輸入。
上面已為說明和描述目的給出了本發(fā)明具體實施例的描述。它不打算完全列舉或把本發(fā)明限定在所公開的明確形式，根據(jù)上面的講述可以有許多改進和變化。例如，物理實施介質(zhì)可采用許多形式，以插件板層產(chǎn)品，混合，集成電路，或集成電路內(nèi)的單元或其它子電路的形式生產(chǎn)每個交換模塊。選擇并描述這些實施例以便最好地說明本發(fā)明的原理和其實際應用，從而使本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員最好地利用本發(fā)明。僅由在此所附的權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．一種從多個輸入中的任何一個向多個輸出中的任何一個交換數(shù)據(jù)的裝置，包括用于接收以輸入數(shù)據(jù)軌條和時隙的組合構(gòu)成的多個輸入比特分組的裝置，用于從時隙之一中的一個軌條選擇一個輸入比特分組的裝置，和用于把所述所選擇的比特分組傳送到輸出數(shù)據(jù)軌條和時隙的組合內(nèi)的輸出數(shù)據(jù)位置的裝置。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個比特分組為一比特寬。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中構(gòu)成用于接收、選擇、和傳送多個比特分組的所述裝置，以便為多個輸出數(shù)據(jù)位置中的輸出選擇多個輸入比特分組。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中構(gòu)成用于接收、選擇、和傳送多個比特分組的所述裝置，以便為多個輸出位置中的輸出選擇一個單個比特分組。
5．一種從以在R個軌條上T個時隙的形式排列的N個輸入位置中的任何一個向以在R2個軌條上T2個時隙的形式排列的M個輸出位置中的任何一個交換數(shù)據(jù)的裝置，包括用于接收在R個軌條上的T個時隙中以比特分組形式排列的輸入數(shù)據(jù)的裝置，用于從R個軌條之一選擇數(shù)據(jù)和在預定時隙期間鎖存所選擇的數(shù)據(jù)，以便選擇預定的R和T值的比特分組的裝置，和用于向預定的R2和T2值的輸出位置傳送所述選擇的比特分組的裝置。
6．一種從以在R個軌條上T個時隙的形式排列的N個輸入位置中的任何一個向以在R2個軌條上T2個時隙的形式排列的M個輸出位置中的任何一個交換數(shù)據(jù)的裝置，包括M個選擇部件，構(gòu)成每個選擇部件以便對于輸出位置中的不同位置選擇一個比特分組，每個部件包括用于接收在R個軌條上的T個時隙中以比特分組形式排列的輸入數(shù)據(jù)的裝置，用于從R個軌條之一選擇數(shù)據(jù)和在預定時隙期間鎖存所選擇的數(shù)據(jù)，以便選擇預定的R和T值的比特分組的裝置，和用于向預定的R2和T2值的輸出位置傳送所述選擇的比特分組的裝置。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，進一步包括用于從M個選擇部件中的不同部件接收每個位置中所選擇的比特分組的T2×R2輸出比特映像。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，進一步包括從第一輸出比特映像并行加載的第二T2×R2輸出比特映像。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，進一步包括以R個軌條上T個時隙的陣列形式排列輸入比特分組并在T2個時隙中在R2個軌條上從第二T2×R2比特映像傳送輸出比特分組的裝置。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中N=M=768。
11．一種從以在R個軌條上T個時隙的形式排列的N個輸入位置中的任何一個向以在R2個軌條上T2個時隙的形式排列的M個輸出位置中的任何一個交換數(shù)據(jù)的裝置，包括R2個選擇部件，構(gòu)成每個選擇部件以便對于輸出位置中的不同位置選擇一個比特分組，每個部件包括用于接收在N個軌條上以比特分組形式排列的輸入數(shù)據(jù)的裝置，用于從N個軌條中的一個選擇數(shù)據(jù)的裝置，和用于向預定的T2和R2值的輸出位置傳送所述選擇的比特分組的裝置。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，進一步包括用于從N個空間/時間輸入位置中的不同位置接收每個位置中所選擇的比特分組的T×R輸入比特映像。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，進一步包括從第一輸入比特映像并行加載的和向R2個選擇部件中的每一個傳送N個輸入比特分組的并在T2時隙期間保持向R2個選擇部件提供的N個輸入比特分組的第二T×R輸入比特映像。
14．根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，進一步包括以R個軌條上T個時隙的陣列形式排列輸入比特分組并在T2個時隙中在R2個軌條上從第二T2×R2比特映像傳送輸出比特分組的裝置。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中N=M=768。
16．一種從以在R個軌條上T個時隙的形式排列的N個輸入位置中的任何一個向以在R2個軌條上T2個時隙的形式排列的M個輸出位置中的任何一個交換數(shù)據(jù)的方法，包括步驟(a)在R2個選擇部件中的每一個中，為輸出位置的不同位置選擇一個比特分組，和(b)把在步驟(a)中選擇的每個比特分組傳送到輸出位置中的有關(guān)位置。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中步驟(a)進一步包括步驟(c)接收在N個軌條上以比特分組形式排列的輸入數(shù)據(jù)。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中步驟(a)進一步包括步驟(d)從N個軌條中的一個選擇一個比特分組。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中(a)進一步包括步驟(e)向預定的T2和R2值的輸出位置傳送所述選擇的比特分組。
20．一種從以在R個軌條上T個時隙的形式排列的N個輸入位置中的任何一個向以在R2個軌條上T2個時隙的形式排列的M個輸出位置中的任何一個交換數(shù)據(jù)的方法，包括步驟(a)在M個選擇部件中的每一個中，為輸出位置的不同位置選擇一個比特分組，和(b)把在步驟(a)中選擇的每個比特分組傳送到輸出位置中的有關(guān)位置。
21．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中步驟(a)進一步包括步驟(c)接收在R個軌條上的T個時隙中以比特分組形式排列的輸入數(shù)據(jù)，和(d)從R個軌條中的一個選擇數(shù)據(jù)并在預定時隙期間鎖存所選擇的數(shù)據(jù)，從而選擇預定的R和T值的一個比特分組。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中(b)進一步包括步驟(e)向預定的T2和R2值的輸出位置傳送所述選擇的比特分組。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明原理的交換核心把N個輸入端口連接到M個輸出端口并提供多播能力。該交換核心包括多個選擇部件,每個選擇部件接收以輸入數(shù)據(jù)軌條和時隙組合構(gòu)成的多個輸入比特分組。交換核心在一個時隙中從軌條中的一個選擇一個輸入比特分組,并把所選擇的比特分組傳送到輸出數(shù)據(jù)與時隙的組合中的一個輸出數(shù)據(jù)位置。該操作可并行和順序進行。
文檔編號H04Q11/04GK1296371SQ99123468
公開日2001年5月23日 申請日期1999年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月11日
發(fā)明者布里·格里胡山·加格, 詹姆斯·沃姆浦勒 申請人:朗迅科技公司