DE19627842A1 - Schaltvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schalt­ vorrichtung zur Verwendung zum Beispiel beim Schalten von Daten in Netzen mit asynchronem Transportmodus (ATM).

Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen zeigt ein Block­ diagramm einer herkömmlichen Schaltvorrichtung 1 zur Verwen­ dung in einem ATM-Netz. In der Vorrichtung von Fig. 1 ist eine Vielzahl von selbstlenkenden Schaltelementen (SREs) 2 in Matrixform zusammen verbunden. Jedes SRE 2 hat vier Eingangsports I1 bis I4 und vier Ausgangsports O1 bis O4. Innerhalb von jedem individuellen SRE 2 können ATM-Zellen, die an irgendeinem Eingangsport I1 bis I4 empfangen werden, zu irgendeinem Ausgangsport O1 bis O4 geleitet werden, und eine Leitwegkennung, die jeder ATM-Zelle zugeordnet ist, die ein SRE 2 durchläuft, wird verwendet, um zu bestimmen, zu welchem Ausgangsport die betreffende Zelle gesendet wird. Jeder Ausgangsport hat einen zugeordneten First-in-first- out-Zellenpuffer mit einer Speicherkapazität von zum Bei­ spiel 75 Zellen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die SREs 2 in einer Matrix angeordnet, so daß bei diesem Beispiel die gesamte Schalt­ vorrichtung zwölf Eingangsports und 16 Ausgangsports hat. Um solch eine matrixförmige Verbindung zu vereinfachen, hat jedes SRE 2 vier Regenerationsausgänge R1 bis R4, die jewei­ lig den Eingangsports I1 bis I4 des betreffenden SRE 2 zugeordnet sind, und auch vier Expansionseingänge E1 bis E4, die jeweilig den Ausgangsports O1 bis O4 des betreffenden SRE 2 zugeordnet sind. Zellen, die an einem der Eingangs­ ports I1 bis I4 empfangen werden, werden zur Ausgabe durch den zugeordneten Regenerationsausgang R1 bis R4 regeneriert und neu getaktet. Zellen, die an einem der Expansionsports E1 bis E4 empfangen werden, werden dem Zellenpuffer des zugeordneten Ausgangsports O1 bis O4 eingegeben.

Die SREs 2 der Vorrichtung von Fig. 1 sind in der gezeigten Matrixform gut zu verwenden, da jedes SRE neu­ getaktete aktive Ausgaben vorsieht, die die direkte Verbin­ dung zu den nächsten benachbarten SREs gestatten. Dadurch wird die Notwendigkeit passiver Busse eliminiert, und die Zwischenverbindungsprobleme zwischen aneinandergrenzenden SREs auf Leiterplattenebene werden reduziert.

Die Anzahl von Schaltelementen, die erforderlich sind, um einen Schalter mit N Eingangsports mal N Ausgangsports zu bilden, ist proportional zu N², und daher ist die Matrixkon­ figuration tatsächlich nur für relativ kleine Schaltvorrich­ tungen geeignet, zum Beispiel bis zu 32 Eingangsports mal 32 Ausgangsports. Bei größeren Schaltern können individuelle Matrizen 1 der in Fig. 1 gezeigten Art unter Verwendung einer Mehrweg-Deltaanordnung, wie in Fig. 2 der beiliegen­ den Zeichnungen gezeigt, untereinander verbunden werden.

In Fig. 2 umfaßt die Schaltvorrichtung 5 acht SRE- Matrizen 1 der in Fig. 1 gezeigten Art. Somit enthält jede der SRE-Matrizen 1 in Fig. 2 eine Vielzahl von SREs 2, die in Matrixform angeordnet sind. Die Matrizen 1 in Fig. 2 sind in zwei Spalten angeordnet, und jede Matrix in der linken Spalte hat Ausgangsports, die jeweilig mit den Ein­ gangsports von jeder SRE-Matrix 1 in der rechten Spalte verbunden sind, und umgekehrt.

Die in den Schaltvorrichtungen der Fig. 1 und 2 ver­ wendeten Matrizen haben feststehende Busanordnungen und feststehende Speichermengen (typischerweise hat der Zellen­ puffer, der jedem Ausgangsport eines SRE 2 zugeordnet ist, eine Speicherkapazität von 75 Zellen). Jede Erhöhung der Größe der Schaltvorrichtung führt zu einer quadratischen Zunahme der Anzahl von SREs und auch zu einer quadratischen Zunahme des Volumens der "Statistik" (d. h. von Verkehrs­ flußinformationen), die erforderlich ist, um die verschiede­ nen Schaltknoten innerhalb der Schaltvorrichtung zu überwa­ chen. Solch eine Erhöhung des Volumens der Statistik erhöht unvermeidlich die Verarbeitungsanforderungen an den Schaltcontroller.

So wie die Anzahl von Schaltknoten ferner zunimmt, sind es mehr Punkte, an denen ein Besetztzustand auftreten kann. Es ist schwierig, all diese Punkte gleichzeitig zu überwa­ chen, um die Verkehrsflüsse zu bewerten und nachzuweisen, welche Quellenports zu dem Besetztzustand führen.

Zusätzlich ist die Zellenverzögerungsschwankung (CDV) eines Schalters auf SRE-Matrix-Basis zu der Größe des Schal­ ters proportional.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Speicher­ kapazität von jedem SRE auf einen gewissen relativ begrenz­ ten Wert festgelegt ist und nicht expansionsfähig ist, um verschiedenen Schalterarchitekturen gewachsen zu sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltvor­ richtung vorgesehen, mit einer Vielzahl von Schalteinheiten, von denen jede ein Speichermittel enthält, das Speicherzonen hat, die jeweilig den anderen Schalteinheiten von der Viel­ zahl entsprechen, welche Vorrichtung eine Schreibphase hat, in der, wenn Daten durch eine erste der Schalteinheiten zur Ausgabe durch eine zweite der Schalteinheiten empfangen werden, die erste Schalteinheit die empfangenen Daten in der Speicherzone ihres Speichermittels speichert, die der zwei­ ten Schalteinheit entspricht, und auch eine Lesephase hat, in der die zweite Schalteinheit die gespeicherten Daten aus ihrer entsprechenden Speicherzone in dem Speichermittel der ersten Schalteinheit heraussucht und jene Daten ausgibt.

In solch einer Schaltvorrichtung werden die empfangenen Daten von der Schalteinheit, an der sie empfangen werden, direkt zu der Schalteinheit übertragen, von der sie auszuge­ ben sind. Somit werden die Daten in der Schaltvorrichtung einmal "stationär" gespeichert und werden nicht mehrere Male von Einheit zu Einheit übertragen, wie in der Schaltvorrich­ tung nach Stand der Technik, die zuvor beschrieben wurde und bei der selbstlenkende Elemente verwendet werden. Dadurch können Schaltverzögerungen und Probleme des Besetztseins vermieden werden und kann somit auch die Zellenverzögerungs­ schwankung (CDV) reduziert werden, wenn die Schaltvorrich­ tung in einem ATM-Netz verwendet wird.

Weiterhin erfolgt die Datenübertragung von der empfan­ genden Schalteinheit zu der Ausgabeschalteinheit in der Vorrichtung vollkommen intern und kann in Raten ausgeführt werden, die größer als die Datenraten der Kommunikationslei­ tungen/-netze sind, mit denen die Schaltvorrichtung verbun­ den ist. Somit werden Schaltverzögerungen und das Besetzt­ sein noch weiter reduziert.

Zusätzlich ist die Anzahl von Eingangs-/Ausgangsknoten der Schaltvorrichtung einfach gleich (oder proportional zu) der Anzahl von Schalteinheiten, so daß in dem Fall, wenn mehr Eingangs-/Ausgangsknoten erforderlich sind, die Erhö­ hung der Anzahl von Schalteinheiten, die erforderlich sind, linear ist und nicht dem Quadratwert folgt, wie bei der matrixförmigen Schaltvorrichtung nach Stand der Technik. Die Anzahl von Schaltknoten innerhalb der Vorrichtung nimmt auch nur linear zu, und so unterliegt das Volumen von statisti­ schen Daten auch nur einer linearen (statt einer quadrati­ schen) Erhöhung. Somit ist die Schaltvorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, besonders vorteilhaft und kosteneffektiv, wenn relativ große Anzahlen von Eingangs- /Ausgangsknoten erforderlich sind.

In der genannten Schreibphase sind die Schalteinheiten vorzugsweise gleichzeitig betriebsfähig, wobei jede von ihnen dabei empfangene Daten, zur Ausgabe durch eine andere der Schalteinheiten, in der Speicherzone ihres Speichermit­ tels speichert, die jener anderen Schalteinheit entspricht. Ähnlich sind in der genannten Lesephase zwei beliebige der Schalteinheiten oder mehr vorzugsweise gleichzeitig betriebsfähig, um aus ihren jeweiligen entsprechenden Spei­ cherzonen in den Speichermitteln der anderen Schalteinheiten die darin gespeicherten Daten herauszusuchen. Da die Schalt­ einheiten auf diese Weise parallel arbeiten, kann der Daten­ durchsatz angenehm hoch sein.

Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise ferner ein Steuer­ mittel, das mit jeder der Schalteinheiten verbunden ist und betriebsfähig ist, um mehrere Schalteinheit-Speichermittel- Paare zur Verwendung in der Lesephase auszuwählen, wodurch die Schalteinheit von jedem Paar dazu bestimmt wird, gespeicherte Daten aus ihrer entsprechenden Speicherzone in dem Speichermittel des betreffenden Paares während der Lesephase herauszusuchen. Dadurch kann die Vorrichtung die Paare intelligent und adaptiv selektieren, um den maximalen Datendurchsatz zu erreichen und das Besetztsein zu vermei­ den.

Die Lesephase kann eine Anzahl von Lesezyklen umfassen. In diesem Fall ist das Steuermittel vorzugsweise betriebsfä­ hig, um verschiedene Schalteinheit-Speichermittel-Paare in verschiedenen Lesezyklen derselben Lesephase zu selektieren, damit jede Schalteinheit die für sie bestimmten Daten aus all den anderen Schalteinheiten der Reihe nach heraussuchen kann. Das Steuermittel kann auch wenigstens eines der Schalteinheit-Speichermittel-Paare in mehr als einem Lesezy­ klus derselben Lesephase selektieren, um jenem Paar (das zum Beispiel eine höhere Verkehrsebene als andere Paare hat) eine längere Datenübertragungsperiode zu verschaffen und daher zuzulassen, daß über jenes Paar mehr Daten als über die anderen Paare übertragen werden können.

Die Schreib- und Lesephasen können alternierend sein, oder es kann eine Schreibphase zwischen zwei Lesezyklen derselben Lesephase liegen. Die Dauer von jeder Phase/jedem Zyklus braucht nicht gleich zu sein und kann, zum Beispiel durch das Steuermittel, nach Bedarf verändert werden, um einen optimalen Datendurchsatz zu erreichen.

Vorzugsweise ist das Steuermittel betriebsfähig, um die Schalteinheit-Speichermittel-Paare in Abhängigkeit von den Verkehrsflußbedingungen in der Vorrichtung zu selektieren.

Das Steuermittel kann zum Beispiel ein Verkehrsflußüberwa­ chungsmittel enthalten, das betriebsfähig ist, um die Daten­ mengen, die in jeder Speicherzone der Speichermittel der Schalteinheiten gespeichert sind, zu überwachen, wobei das Steuermittel die überwachten Mengen beim Vornehmen der Auswahl der Schalteinheit-Speichermittel-Paare verwendet. Diese Lösung hat den weiteren Vorteil, daß auf Grund der Überwachungsfunktion des Steuermittels Schaltstatistiken auch automatisch erzeugt werden.

Wenn die Vorrichtung in einem ATM-Netz verwendet wird, kann das Steuermittel auch Zellenprioritäten berücksichti­ gen, wenn die Auswahl der Schalteinheit-Speichermittel-Paare erfolgt. Wenn die Vorrichtung in einem ATM-Netz verwendet wird, kann das Steuermittel unter Verwendung seiner Kennt­ nisse über die Verkehrsflüsse ferner auch bewirken, daß eine der Schalteinheiten geeignete Verkehrsverwaltungszellen zu der Datenquelle sendet, die Daten zu jener Schalteinheit sendet, um zu verursachen, daß die Quelle ihre Zellenrate "drosselt". So können potentielle Besetztsituationen vermie­ den werden.

Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise ferner ein Busmit­ tel, das die Schalteinheiten untereinander verbindet, wel­ ches Busmittel eine Vielzahl von individuellen Busleitungs­ einheiten enthält, wobei so viele Busleitungseinheiten wie Schalteinheiten vorhanden sind und jede Schalteinheit mit allen Busleitungseinheiten verbunden ist, aber die jeweili­ gen Speichermittel der Schalteinheiten nur mit jeweiligen verschiedenen der Busleitungseinheiten verbunden ist. Da so viele Busleitungseinheiten wie Schalteinheiten vorhanden sind, sind gleichzeitige (parallele) Operationen durch alle Schalteinheiten möglich. Solch ein Busmittel kann einfache Verbindungen zwischen den verschiedenen Schalteinheiten vorsehen, die auf Leiterplattenebene leicht implementiert werden können. Die Schalteinheiten können zum Beispiel eine nach der anderen in einer Spaltenrichtung angeordnet sein, wobei die Busleitungen in jener Spaltenrichtung durch die Schalteinheiten oder an einer Seite von ihnen Seite an Seite verlaufen.

Vorzugsweise synchronisiert das Steuermittel die Opera­ tion der Schalteinheiten, um eine effektive Gesamtleistung der Schaltvorrichtung zu erreichen. In der Lesephase ist das Steuermittel vorzugsweise betriebsfähig, um die Schaltein­ heit-Speichermittel-Paare so zu selektieren, daß in jener Phase alle Schalteinheiten, die gespeicherte Daten aus ihren jeweiligen gepaarten Speichermitteln gleichzeitig heraussu­ chen, dies über verschiedene Busleitungseinheiten tun, um während solch einer gleichzeitigen Operation der Schaltein­ heiten Buskollisionen zu vermeiden. Dies vermeidet die Notwendigkeit einer separaten Kollisionsvermeidungslogik­ schaltungsanordnung, die erforderlich wäre, falls die ver­ schiedenen Schalteinheiten ihre jeweiligen Buszugriffe unabhängig voneinander und asynchron steuern könnten.

Das Speichermittel von jeder Schalteinheit wird vor­ zugsweise verwendet, um virtuelle First-in-first-out-Spei­ cherblöcke vorzusehen, die jeweilig den genannten Speicher­ zonen entsprechen, wobei jeder Block jeweilige Schreib- und Lesezeiger hat, die auch in dem Speichermittel der betref­ fenden Schalteinheit gespeichert sind, zur Verwendung durch die Schalteinheiten, wenn Daten in der entsprechenden Spei­ cherzone gespeichert werden und aus ihr herausgesucht wer­ den. Dadurch kann eine einfache (und selbst bei großer Speicherkapazität kostengünstige) Speichervorrichtung mit wahlfreiem Zugriff zum Vorsehen des Speichermittels verwen­ det werden, zum Beispiel anstelle einer zweckbestimmten First-in-first-out-Vorrichtung.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat jede Schalt­ einheit ein Mehrsendebearbeitungsmittel, das operativ ist, wenn durch die betreffende Schalteinheit Mehrsendedaten zur Ausgabe durch eine Vielzahl von bezeichneten anderen Schalt­ einheiten empfangen werden, um die empfangenen Mehrsende­ daten in der Speicherzone ihres Speichermittels zu spei­ chern, die genau einer ersten von jenen bezeichneten Schalt­ einheiten entspricht, und in den Speicherzonen, die jeweilig den verbleibenden bezeichneten Schalteinheiten entsprechen, einen Mehrsendeadressenzeiger zu speichern, der auf die Stelle der Mehrsendedaten in der Speicherzone verweist, die der ersten bezeichneten Schalteinheit entspricht. Dadurch wird vermieden, daß die Mehrsendedaten mehrere Male in die verschiedenen Speichereinheiten geschrieben werden müssen, die jeweilig den bezeichneten Mehrsendeschalteinheiten entsprechen, und daher wird die Effektivität erhöht. Statt dessen kann in jedem Speichermittel eine zweckbestimmte Mehrsendespeicherzone vorgesehen werden, wobei etwaige Mehrsendedaten nur in jene Zone geschrieben werden und in den Speicherzonen aller bezeichneten Mehrsendeschalteinhei­ ten Mehrsendeadressenzeiger gespeichert werden.

In einer anderen Ausführungsform hat das Speichermittel jeweils jeweilige Schreib- und Leseports und ist so ausge­ legt, daß Daten zu derselben Zeit in den Schreibport geschrieben werden können wie Daten aus dem Leseport heraus­ gesucht werden; dabei ist der Leseport des Speichermittels von jeder Schalteinheit mit allen anderen Schalteinheiten verbunden, aber der Schreibport des Speichermittels von jeder Schalteinheit ist nicht mit irgendwelchen anderen Schalteinheiten verbunden. So können in der Lesephase Daten, die durch jede Schalteinheit empfangen werden, in dem Spei­ chermittel der betreffenden Einheit gespeichert werden, während früher gespeicherte Daten aus jenem Speichermittel durch eine andere Schalteinheit herausgesucht werden. Daher kann die Schreibphase mit der Lesephase überlappt sein.

Jede Schalteinheit kann einen Schaltportsteuerabschnitt enthalten, der mit jeweiligen Eingangs- und Ausgangsports der Schalteinheit verbunden ist und betriebsfähig ist, wenn Daten an dem genannten Eingangsport empfangen werden, um eine Leitwegkennung zu erzeugen, die die Speicherzone in dem Speichermittel der Schalteinheit bezeichnet, in der die empfangenen Daten zu speichern sind. Diese Leitwegkennung wird durch die Schalteinheit verwendet, um die Daten in der erforderlichen Speicherzone ihres Speichermittels zu spei­ chern, jedoch ist es aber nicht erforderlich, die Leitweg­ kennung selbst (ebenso wie die Daten) in der Speicherzone zu speichern, da die Daten einmal stationär in der Speicherzone gespeichert werden und nicht viele verschiedene Schaltein­ heiten durchlaufen, wie bei den oben beschriebenen selbst­ lenkenden Elementen nach Stand der Technik. Somit wird die Übertragungseffektivität erhöht, und der Leitwegaufwand und Speicheranforderungen werden reduziert.

Jede Schalteinheit enthält vorzugsweise ein adaptives Schaltelement, das mit dem Steuermittel verbunden ist, zum Empfangen von Bussteuerinformationen von ihm, die die selek­ tierten Schalteinheit-Speichermittel-Paare für jene Schalt­ einheit in der Lesephase bezeichnen, und das gemäß jenen Steuerinformationen betriebsfähig ist, um die passenden Busleitungseinheiten der Reihe nach während der Dauer der Lesephase zu aktivieren, um die Datenübertragung von dem Speichermittel zu der Schalteinheit von jedem selektierten Paar für die betreffende Schalteinheit zu erleichtern. Durch Vorsehen solch eines adaptiven Schaltelementes in jeder Schalteinheit, um die Busfolgesteuerung und andere Operatio­ nen im Auftrag des Steuermittels auf niedriger Ebene aus zu­ führen, kann das Steuermittel zum Ausführen der notwendigen Aufgaben auf hoher Ebene und zum Überwachen von Verkehrs­ flüssen freigehalten werden.

Als Beispiel wird nun Bezug auf die beiliegenden Zeich­ nungen genommen, in denen:

Fig. 1, die zuvor erläutert wurde, ein Blockdiagramm einer herkömmlichen ATM-Schaltvorrichtung zeigt;

Fig. 2, die auch zuvor erläutert wurde, ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Schaltvorrichtung zeigt;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer ATM-Schaltvorrichtung zeigt, die die vorliegende Erfindung verkörpert;

Fig. 4 bis 6 Blockdiagramme sind, die die Operation der Vorrichtung von Fig. 3 in verschiedenen Operationspha­ sen zeigen;

Fig. 7 ein Blockdiagramm zeigt, das eingehender als Fig. 3 einen Teil der Vorrichtung von Fig. 3 darstellt;

Fig. 8 ein Beispiel des Formats von Steuerinformatio­ nen in der Vorrichtung von Fig. 3 zeigt;

Fig. 9(A) bis 9(C) Tabellen zeigen, zur Verwendung beim Erläutern dessen, wie die Operation der Vorrichtung von Fig. 3 in Abhängigkeit von Verkehrsflußbedingungen abgewan­ delt wird;

Fig. 10 ein schematisches Diagramm von einem Teil der Vorrichtung von Fig. 3 zeigt;

Fig. 11 ein Beispiel des Formats zeigt, in dem in dem Teil von Fig. 10 Daten gespeichert sind;

Fig. 12 ein Blockdiagramm eines Schaltungselementes von Fig. 7 zeigt;

Fig. 13 ein detailliertes Schaltungsdiagramm von einem anderen Schaltungselement von Fig. 7 zeigt;

Fig. 14(A) und 14(B) jeweilige Flußdiagramme bezüg­ lich der Operation der Vorrichtung von Fig. 3 zeigen; und

Fig. 15 ein Blockdiagramm einer weiteren ATM-Schalt­ vorrichtung zeigt, die die vorliegende Erfindung verkörpert.

In Fig. 3 enthält die ATM-Schaltvorrichtung 10, die die vorliegende Erfindung verkörpert, eine Vielzahl von Schalteinheiten 20₀ bis 20 ₂ und eine Steuereinheit 30. Die Schalteinheiten 20₀ bis 20₂ haben jeweilige Eingangsports I₀ bis I₂ und jeweilige Ausgangsports O₀ bis O₂. Jede Schalt­ einheit 20₀ bis 20₂ enthält einen Schaltportverwaltungs- (SPM)-Abschnitt 22, der mit dem Eingangsport I und dem Ausgangsport O der betreffenden Schalteinheit verbunden ist, und enthält auch einen Speicherabschnitt 24. Busleitungen B₀ bis B₂, von denen jede Daten-, Adreß- und Steuerleitungen umfaßt, dienen dazu, die SPM-Abschnitte 22₀ bis 22₂ und die Speicherabschnitte 24₀ bis 24₂ miteinander zu verbinden. Während jeder SPM-Abschnitt 22 mit allen drei Busleitungen B₀ bis B₂ verbunden ist, ist jeder Speicherabschnitt 24 nur mit einer der Busleitungen verbunden.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist jeder Speicherabschnitt 24 in zwei Speicherzonen geteilt. Im Fall des Speicherabschnit­ tes 24₀ der ersten Schalteinheit 20₀ sind die zwei Zonen mit R₁ und R₂ bezeichnet und entsprechen jeweilig den Ausgangs­ ports O₁ und O₂ der zweiten und dritten Schalteinheiten 20₁ und 20₂. Im Fall des Speicherabschnittes 24₁ in der zweiten Schalteinheit 20₁ sind die zwei Zonen mit R₂ und R₀ bezeich­ net und entsprechen jeweilig den Ausgangsports O₂ und O₀ der dritten und ersten Schalteinheiten 20₂ und 20₀. Im Fall des Speicherabschnittes 24₂ in der dritten Schalteinheit 20₂ sind die zwei Zonen mit R₀ und R₁ bezeichnet und entsprechen jeweilig den Ausgangsports O₀ und O₁ der ersten und zweiten Schalteinheiten 20₀ und 20₁. Somit ist ersichtlich, daß der Speicherabschnitt 24 von jeder Schalteinheit 20 Speicher­ zonen hat, die jeweilig den anderen Schalteinheiten der Vorrichtung entsprechen. Jede Speicherzone R dient als sequentielle Liste oder FIFO-(First-in-first-out)-Einheit.

Die beispielhafte Vorrichtung von Fig. 3 ist für Erläuterungszwecke vereinfacht und zeigt nur drei Schaltein­ heiten und drei Busleitungen. In der Praxis wären mehr Schalteinheiten und Busleitungen als hier vorhanden, zum Beispiel insgesamt acht Busleitungen.

Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 bis 6 die Ope­ ration der Vorrichtung von Fig. 3 beschrieben. In einer ersten Operationsphase (Schreibphase), die in Fig. 4 gezeigt ist, empfängt der SPM-Abschnitt 22 von jeder Schalteinheit 20 Zellen von seinem zugeordneten Eingangsport I. An diese Zellen ist ein Portnummerindikator, der den Ausgangsport bezeichnet, zu dem die Zelle zu leiten ist, und/oder ein Mehrsendeindikator angehängt. Solch ein Mehrsendeindikator wird verwendet, wenn Zellen, die an einem Eingangsport empfangen werden, zu einer Vielzahl von verschiedenen Aus­ gangsports statt nur zu einem einzelnen Ausgangsport zu leiten sind. Als Reaktion auf den Empfang von jeder Zelle schreibt der SPM-Abschnitt 22 die Zelle an die nächsten aufeinanderfolgenden freien Stellen in der relevanten Spei­ cherzone R des Speicherabschnittes 24 in seiner eigenen Schalteinheit 20. Dieser Prozeß wird gleichzeitig durch die anderen SPM-Abschnitte ausgeführt, wobei jeder SPM-Abschnitt eine andere der Busleitungen B₀ bis B₂ verwendet, wie durch die dicken Linien in Fig. 4 gezeigt. Wenn zum Beispiel eine Zelle am Eingangsport I₁ empfangen wird und für den Aus­ gangskanal O₂ bestimmt ist, speichert der SPM-Abschnitt 22₁ in der Schalteinheit 20₁ die betreffende Zelle in der Spei­ cherzone R₂ des Schalteinheitsspeicherabschnittes 24₁ seiner eigenen Schalteinheit 20₁.

Dann schaltet die Operation auf eine Lesephase. In einem ersten Zyklus der Lesephase, der in Fig. 5 gezeigt ist, bewirkt die Steuereinheit 30 der Vorrichtung, daß jeder SPM-Abschnitt 22 seine Busselektion neu konfiguriert, um Zugriff auf Speicherabschnitte 24 in anderen Schalteinheiten zu erhalten, die von seiner eigenen getrennt sind. Wie in Fig. 5 gezeigt, adressiert jeder SPM-Abschnitt 22 nun den Speicherabschnitt 24 der vorhergehenden Schalteinheit. Jeder SPM-Abschnitt 22 liest deshalb jetzt Zellendaten aus seiner entsprechenden Speicherzone in jenem Speicherabschnitt, zum Beispiel liest der SPM-Abschnitt 22₀ Zellendaten aus der Speicherzone R₀ des Speicherabschnittes 24₀, liest der SPM- Abschnitt 22₁ Zellendaten aus seiner entsprechenden Spei­ cherzone R₁ in dem Speicherabschnitt 24₀, und liest der SPM- Abschnitt 22₂ Zellendaten aus der Speicherzone R₂ in dem Speicherabschnitt 24₁.

So werden durch die Steuereinheit mehrere Schaltein­ heit-Speicherabschnitt-Paare zur Verwendung beim Lesen von Zellendaten selektiert, wobei jedes Paar seinen eigenen Datenübertragungsweg hat, indem es eine verschiedene der Busleitungen B₀ bis B₂ benutzt.

Unter der Steuerung der Steuereinheit 30 könnten dann in sukzessiven weiteren Zyklen der Lesephase die SPM- Abschnitte 22₀ bis 22₂ programmiert werden, um die Speicher­ abschnitte 24₀ bis 24₂ in Folge auf einer Modulo-n-Basis zu lesen (hier ist Klein n = 3).

Jedoch steuert in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Steuereinheit 30 das Zugreifen durch die SPM-Abschnitte der Speicherabschnitte in Abhängig­ keit von den Verkehrsflüssen zu irgendeiner gegebenen Zeit. Durch Überwachen der Anzahl von Zellen, die in die Speicher­ zonen geschrieben werden, und der Anzahl von Zellen, die ausgelesen werden, ist die Steuereinheit 30 in der Lage zu berechnen, wo potentielle Quellen des Besetztseins auftreten werden, und die SPM-Abschnitte zu programmieren, um gewisse SPM-Abschnitt-Speicherabschnitt-Wege für längere Perioden einrichten zu können, wodurch potentielle Besetztsituationen reduziert werden.

Als Beispiel zeigt Fig. 6 ein mögliches Verkehrs­ flußszenario, bei dem ein relativ großes Verkehrsvolumen vorhanden ist, das am Eingangsport I₀ zur Ausgabe über den Ausgangsport O₁ ankommt. In diesem Fall detektiert die Steuereinheit 30, daß sich der Verkehr auf unerwünschte Weise in der Speicherzone R₁ des Speicherabschnittes 24₀ akkumuliert. Um diese Situation zu bewältigen, gestattet die Steuereinheit, daß der Weg zwischen dem SPM-Abschnitt 22₁ und dem Speicherabschnitt 24₀ "offen" bleibt, wenn der nächste Lesezyklus im Anschluß an den ersten in Fig. 5 gezeigten Lesezyklus startet. Obwohl der SPM-Abschnitt 22₀ vom Zugreifen auf den Speicherabschnitt 24₂ auf Zugreifen auf den Speicherabschnitt 24₁ wechselt und der SPM-Abschnitt 22₂ vom Zugreifen auf den Speicherabschnitt 241 auf Zugrei­ fen auf den Speicherabschnitt 24₂ wechselt, bleibt somit der Weg, der beim ersten Lesezyklus von Fig. 5 eingerichtet wurde, vom SPM-Abschnitt 22₁ zum Speicherabschnitt 24₀ in Fig. 6 offen. Als Resultat können mehr Zellen aus dem Speicherabschnitt 24₀ zu dem SPM-Abschnitt 22₁ übertragen werden, um den starken Verkehrsfluß zu bewältigen.

Demzufolge kann die Steuereinheit 30 die Mengen von Zellendaten, die in den verschiedenen Speicherzonen gespei­ chert sind, überwachen und berechnen, welche SPM-Abschnitt- Speicherabschnitt-Wege in der Lesephase aufgebaut werden müssen, um die optimale Menge von Zellendaten zu übertragen und somit irgendwelche potentielle Besetztprobleme zu reduzieren. Die Steuereinheit 30 umfaßt zum Beispiel einen Mikroprozessor.

Einzelheiten der Konstruktion und Operation der Vor­ richtung von Fig. 3 werden nun erläutert.

Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm einer möglichen Kon­ struktion von jedem SPM-Abschnitt 22. Bei dem Beispiel von Fig. 7 soll der SPM-Abschnitt 22 in einer Schaltvorrichtung mit insgesamt acht Schalteinheiten und acht Busleitungen B₀ bis B₇ verwendet werden.

Der SPM-Abschnitt 22 in Fig. 7 enthält eine Schalt­ portcontroller- (SPC) -Einheit 40, eine Adressenübersetzungs­ schaltung (ATC) 41, ein adaptives Schaltelement (ASE) 42 und zwei Busmultiplexereinheiten 44. Die SPC-Einheit 40 ist direkt mit den Eingangs- und Ausgangsports I und O des betreffenden Schalters verbunden. Jeder Port kann einen einfachen ATM-Zellenstrom von 622 Mb/s oder vier individu­ elle Zellenströme von 155 Mb/s empfangen oder senden, je nachdem.

Wenn eine ATM-Zelle durch die SPC-Einheit 40 empfangen 30 wird, prüft die ATC-Einheit 41 die Adressierinformationen (virtuelle Wegidentifikator-(VPI)- und virtuelle Kanal­ identifikator-(VCI)-Felder des Zellenkopfabschnittes), die durch die Zelle transportiert werden, und führt eine geeig­ nete Adressenübersetzungsoperation aus, um zu bestimmen, zu welchem Ausgangsport die Zelle zu leiten ist. Gemäß den Adressenübersetzungsinformationen hängt die SPC-Einheit 40 den obengenannten Portnummerindikator und/oder Mehrsende­ indikator an die Zelle an.

Dann empfängt das ASE 42 die betreffende Zelle und steuert deren Übertragung zu dem Speicherabschnitt 24 seiner eigenen Schalteinheit. In der Schreibphase wendet das ASE 42 geeignete Busselektionssignale auf die Busmultiplexereinhei­ ten 44 an, um genau die Busleitung B zu selektieren, mit der der eigene Speicherabschnitt der Schalteinheit verbunden ist. Die obere Busmultiplexereinheit 44 in Fig. 7 ent­ spricht den ersten vier Busleitungen B₀ bis B₃, während die untere Busmultiplexereinheit 44 in Fig. 7 den übrigen vier Busleitungen B₄ bis B₇ entspricht. Falls zum Beispiel der in Fig. 7 gezeigte SPM-Abschnitt in der Schalteinheit 20₂ enthalten ist, ist die erforderliche Busleitung B₂, so daß das ASE 42 die untere Busmultiplexereinheit 44 sperrt und die obere Busmultiplexereinheit 44 freigibt und anweist, daß die obere Busmultiplexereinheit 44 für die Datenübertragung zwischen der Busleitung B₂ und dem ASE 42 Vorkehrungen treffen muß. Sobald die Busselektion auf diese Weise vorge­ nommen worden ist, wird die empfangene Zelle durch das ASE zu der Speicherzone des eigenen Speicherabschnittes der Schalteinheit übertragen, die dem erforderlichen Ausgangs­ port entspricht.

Bei Vollendung der Schreibphase schaltet das ASE 42 auf die Lesephase. Das ASE 42 empfängt von der Steuereinheit 30 Steuerinformationen, die die Speicherabschnitte spezifizie­ ren, die es in jedem Zyklus der Lesephase zu adressieren hat. Das ASE 42 verwendet diese Informationen, um die erfor­ derlichen Busse B₀ bis B₇ zu selektieren, die in jedem verschiedenen Zyklus gebraucht werden, um die Datenübertra­ gung von dem spezifizierten Speicherabschnitt zu dem ASE 42 zu erleichtern. Das ASE 42 nimmt die geeigneten Selektionen unter Verwendung der Busmultiplexereinheiten 44 vor. Daten, die aus den Speicherabschnitten ausgelesen wurden, werden durch das ASE 42 zu der SPC-Einheit 40 übertragen und durch den Ausgangsport O der betreffenden Schalteinheit ausgege­ ben.

Daher steuert die Steuereinheit 30 in der Lesephase durch das ASE 42 in jedem SPM-Abschnitt 22 effektiv die Operation der Busmultiplexereinheiten 44 in dem betreffenden SPM-Abschnitt. Die Steuereinheit 30 bewirkt, daß das gesamte Busschalten durch die verschiedenen SPM-Abschnitte 22 gleichzeitig erfolgt, um Buskollisionen und eine daraus entstehende potentielle Datenkorruption zu verhindern.

Wie zuvor erwähnt, bestimmt die Steuereinheit 30 die SPM-Abschnitt-Speicherabschnitt-Paarselektionen zur Verwen­ dung in jedem Zyklus der Lesephase. Fig. 8 zeigt ein Bei­ spiel der Steuerinformationen, die durch die Steuereinheit 30 erzeugt und zu jeder Schalteinheit gesendet werden, um deren Operation während der Lesephase zu steuern.

Die Steuerinformationen enthalten einen Anfangszeitla­ gendatenabschnitt. Der Zeitlagendatenabschnitt enthält Zeitlagendaten, die verwendet werden, um die Dauer von jedem individuellen Zyklus der Lesephase zu bestimmen. Solch eine Dauer könnte zum Beispiel auf 10 Zellen oder 20 Zellen spezifiziert sein. Diese Zeitlagendaten sind für alle Schalteinheiten dieselben. Die Dauer der individuellen Zyklen könnte immer dieselbe sein, in welchem Fall die Zeitlagendaten kurz sind, oder sich voneinander unterschei­ den.

Die Steuerinformationen enthalten ferner Folgedatenab­ schnitte für jede Schalteinheit. In dem Beispiel von Fig. 8 hat jeder Folgedatenabschnitt acht Einträge. Somit ent­ spricht das Beispiel von Fig. 8 dem SPM-Abschnitt 22 von Fig. 7, in dem acht verschiedene Speicherabschnitte vorhan­ den sind und so jede Lesephase acht Lesezyklen umfaßt. Die acht verschiedenen Einträge entsprechen jeweilig den acht Lesezyklen, und jeder Eintrag gibt daher an, auf welchen Speicherabschnitt die betreffende Schalteinheit in dem betreffenden Zyklus zuzugreifen hat.

Die Steuerinformationen werden durch die Steuereinheit periodisch auf die ASEs 42 in den Schalteinheiten abgezogen, wobei die SPM-Abschnitt-Speicherabschnitt-Paarselektionen gemäß Verkehrsflußbedingungen abgewandelt werden können.

Wie später eingehender erläutert, enthält jede ASE-Ein­ heit 42 ein Busfolgeregister, zum Speichern der Folgedaten bezüglich ihrer eigenen Schalteinheit, und auch ein Zeitla­ genregister zum Speichern der Zeitlagendaten.

Die Fähigkeit der Steuereinheit, die SPM-Abschnitt- Speicherabschnitt-Paarselektionen als Reaktion auf Verkehrs­ flußbedingungen dynamisch zu ändern, ist ein Hauptvorteil der Schaltvorrichtung von Fig. 3.

Fig. 9 zeigt weitere Beispiele von SPM-Abschnitt-Spei­ cherabschnitt-Paarselektionsmöglichkeiten in verschiedenen Verkehrsflußszenarios. In der Tabelle von Fig. 9(A) sind vier SPM-Abschnitte A bis D und vier Speicherabschnitte W bis Z vorhanden. Somit bilden SPM-Abschnitt A und Speicher­ abschnitt W einen Teil derselben Schalteinheit (20 in Fig. 3), bilden SPM-Abschnitt B und Speicherabschnitt X einen Teil einer anderen Schalteinheit, und so weiter.

Unter Bezugnahme nun auf Fig. 9(B) besteht in dem ersten dieser zwei Verkehrsflußszenarios ein starker Ver­ kehrsfluß von dem Eingangsport IB von SPM-Abschnitt B zu dem Ausgangsport O_D von SPM-Abschnitt D. In diesem Fall umfaßt die Lesephase drei Lesezyklen mit jeweiligen Zeitkanälen T1 bis T3. Die Steuereinheit 30 detektiert, daß eine große Menge von Zellendaten in der Speicherzone R_D des Speicher­ abschnittes X, der dem SPM-Abschnitt D entspricht, akkumu­ liert ist, und hält daher den Weg zwischen dem Speicher­ abschnitt X und dem SPM-Abschnitt D während aller drei Zeitkanäle T1 bis T3 offen. Die Paarselektionen für die verbleibenden SPM-Abschnitte A bis C und Speicherabschnitte W, Y und Z verändern sich bei jedem Lesezyklus auf zyklische Weise, die in Fig. 9(B) gezeigt ist.

Fig. 9(C) bezieht sich auf ein zweites Verkehrs­ flußszenario, bei dem zwei dominante Verkehrsflüsse vorhan­ den sind, nämlich von dem Eingangsport I_C von SPM-Abschnitt C zu dem Ausgangsknoten O_A von SPM-Abschnitt A und von dem Eingangsknoten IB von SPM-Abschnitt B zu dem Ausgangsknoten O_D von SPM-Abschnitt D. In diesem Fall hält die Steuerein­ heit 30 den Weg von Speicherabschnitt Y zu SPM-Abschnitt A und den Weg von Speicherabschnitt X zu SPM-Abschnitt D während aller drei Zeitkanäle T1 bis T3 offen. Die Wege zwischen den anderen zwei SPM-Abschnitten B und C und den anderen zwei Speicherabschnitten W und Z werden während der drei Zeitkanäle zyklisch verändert, wobei bei diesem Bei­ spiel die Zeitkanäle T1 und T3 identische Wegselektionen haben.

Schließlich kann, falls ein Besetztsein unvermeidlich ist, die Steuereinheit 30 den relevanten SPM-Abschnitt anweisen, vorwärtsexplizite Besetztmeldungs-(FECN)-Zellen, rückwärtsexplizite Besetztmeldungs-(BECN)-Zellen oder Ressourcenverwaltungs-(RM)-Zellen an die Quelle auszugeben, die dem Eingangsport des betreffenden SPM-Abschnittes Daten zuführt, so daß die Quelle die Zellenerzeugung dann vorüber­ gehend "drosseln" würde.

Fig. 10 ist eine schematische Ansicht von einer der Schalteinheiten 20 in Fig. 3, die Datenübertragungen zeigt. Der Speicherraum von dem Speicherabschnitt 24 in jeder Schalteinheit 20 ist durch die Anzahl N von Schalteinheiten in der Vorrichtung gleich aufgeteilt. Falls zum Beispiel acht Schalteinheiten in der Vorrichtung vorhanden sind, wird dann jeder Speicherabschnitt in acht separate Speicherzonen R₀ bis R₇ von gleicher Länge geteilt. Genaugenommen, der Speicherraum in jedem Speicherabschnitt 24 sollte in N-1 Speicherzonen geteilt sein, da ein SPM-Abschnitt keine Speicherzone für seine eigene Schalteinheit in seinem eige­ nen Speicherabschnitt braucht, da dies nur zu Zellen führen würde, die in jene Speicherzone geschrieben würden und durch dieselbe Schalteinheit wieder zurückgelesen würden. Solch ein Schreiben und Zurücklesen könnte in einem Testmodus nützlich sein oder falls Rückschleifzellen gespeichert werden müßten. Diese Betriebsmodi werden jedoch statt dessen vorzugsweise durch die SPC-Einheit 40 in jedem SPM-Abschnitt 22 ausgeführt.

Jede Speicherzone R₀ bis R₇ in Fig. 10 stellt eine virtuelle First-in-first-out-(FIFO)-Einheit dar, wobei das FIFO eine Datenwarteschlange für seine entsprechende Schalt­ einheit in der Schaltvorrichtung vorsieht. Wie in Fig. 10 gezeigt, darf ein SPM-Abschnitt Zellendaten nur in seinen zugeordneten Speicherabschnitt schreiben, d. h., in den Speicherabschnitt seiner eigenen Schalteinheit, wogegen ein SPM-Abschnitt Zellendaten aus jedem der Speicherabschnitte lesen kann, aber nur aus den Speicherzonen in jenen Spei­ cherabschnitten, die dem betreffenden SPM-Abschnitt entspre­ chen.

Fig. 11 zeigt detaillierter eine mögliche organisato­ rische Struktur von jedem Speicherabschnitt 24. Für jede Warteschlange sind entsprechende FIFO-Lese- und -Schreibzei­ ger vorhanden. Diese Zeiger sind in einem Zeigerspeicher­ abschnitt PS des Speicherabschnittes selbst gespeichert, da sie für alle SPM-Abschnitte in der Schaltvorrichtung verfüg­ bar sein müssen. Diese Zeiger werden durch die ASEs 42 in den SPM-Abschnitten 22 initialisiert, gelesen und aktuali­ siert. Die Zeiger sind an denselben Stellen in jedem Spei­ cherabschnitt gespeichert, um quer durch alle Schalteinhei­ ten 20 eine stetige Operation zu erleichtern. Dies trägt auch zur leichteren Programmierung durch die Steuereinheit 30 bei.

Anfangs werden die Zeiger und die Größe von jeder War­ teschlange (Speicherzone) innerhalb eines Speicherabschnit­ tes durch die Steuereinheit 30 bestimmt. Die Steuereinheit 30 initialisiert die Lese- und Schreibzeiger für jede Warte­ schlange über die jeweiligen ASEs 42 der Schalteinheiten.

Nach solch einer Initialisierung überwachen und aktua­ lisieren die ASEs 42 die Zeiger wie folgt. Zuerst lesen alle ASEs gleichzeitig alle Lese- und Schreibzeiger aus ihren zugeordneten Speicherabschnitten. Die ASEs speichern diese Zeiger intern. Zweitens verwendet jedes ASE die Zeiger, um die nächste Lese- oder Schreibadresse für Zellen, die es verarbeitet, einzurichten. Wenn die Zellenübertragungen für eine besondere Schreibphase oder einen Lesezyklus (Buszyklus) vollendet sind, schreibt das ASE den neuen Wert für jeden Zeiger zurück in den relevanten Speicherabschnitt. Dies gewährleistet, daß die Zeigerintegrität beibehalten wird.

Die Steuereinheit 30 überwacht die Warteschlangenpegel durch Lesen der Zeigerwerte, die in jedem ASE gespeichert sind. Die Steuereinheit berechnet dann die Leistung der Schaltvorrichtung und bestimmt die (optimalen) SPM-Ab­ schnitt-Speicherabschnitt-Paarselektionen zur Verwendung in der Lesephase und sendet geeignete Steuerinformationen zu den ASEs, um die erforderlichen Paarselektionen zustande zu bringen.

Obwohl in Fig. 10 und 11 nicht gezeigt, wäre es mög­ lich, jede Speicherzone auf der Basis der Verkehrspriorität in separate Warteschlangen zu unterteilen, zum Beispiel würden Dienste mit konstanter Bitrate (CBR) eine Warte­ schlange von höchster Priorität haben, würden Dienste mit variabler Bitrate (VBR) eine Warteschlange von nächsthöch­ ster Priorität haben und würden Dienste mit verfügbarer Bitrate (ABR) die Warteschlange von niedrigster Priorität haben. Solch eine Unterteilung ist jedoch nicht nötig; eine effektivere Lösung besteht für die SPC-Einheit 40 in jedem SPM-Abschnitt darin, den Verkehr für das ASE 42 des betref­ fenden SPM-Abschnittes auf der Basis der Verkehrsprioritäten zu planen, wobei das ASE dann den Verkehr für seinen beson­ deren Port auf FIFO-Basis bewältigt.

Bei einem Beispiel hat jeder Speicherabschnitt 24 2²⁰ Speicherstellen (d. h., der Adressenbus in jeder Busleitung B hat eine Breite von 20 Bits), und jede Speicherstelle umfaßt 32 Datenbits (d. h., der Datenbus in jeder Busleitung hat eine Breite von 32 Bits). Somit könnte jeder Speicher­ abschnitt 24 in diesem Fall durch einen Speicher mit wahl­ freiem Zugriff (RAM) von 4 Mbyte, der der statische oder dynamische Typ sein kann, implementiert werden. Falls in dem Speicherabschnitt acht Speicherzonen R₀ bis R₇ vorhanden sind, kann dann, da jede ATM-Zelle 53 Bytes lang ist, jede Speicherzone R₀ bis R₇ bis zu 9892 ATM-Zellen speichern. Die Gesamtspeicherkapazität einer Schaltvorrichtung mit acht Schalteinheiten, die jeweils einen 4-Mbyte-Speicherabschnitt enthalten, beträgt 8 × 8 × 9892 = 633088 Zellen. Dies hält übrigens einem Vergleich mit einer Speicherkapazität von nur 19200 Zellen bei einer 32 x 32 Schaltmatrix stand, die aus selbstlenkenden Elementen (SRE) konstruiert ist, die in Fig. 1 gezeigt ist.

Fig. 12 zeigt eingehender eine mögliche Implementie­ rung von jeder Busmultiplexereinheit 44, die in Fig. 7 gezeigt ist. Diese Busmultiplexereinheit muß auf Instruktio­ nen von dem ASE 42 reagieren, mit dem sie verbunden ist, um zum Lesen und Schreiben von Zellendaten Zugriff auf die Speicherabschnitte vorzusehen. Typischerweise wird die Anzahl von Busleitungen ein Vielfaches von 4 sein. Aus diesem Grund ist die bevorzugte Implementierung der Busmul­ tiplexereinheit 44, die in Fig. 11 gezeigt ist, eine expan­ dierbare 4-Wege-Bus-Multiplexereinheit. Diese Einheit 44 ist konstruiert, um irgendeine der vier Busleitungen B₀ bis B₃, von welchen Busleitungen jede Adressen-A- und Daten-D-Busse umfaßt, zu einem einzelnen Port P zu leiten, der mit dem ASE 42 verbunden ist. Die Einheit 44 muß die Adressenübertragung nur in einer Richtung bewältigen (von Port P zu dem selek­ tierten der Busse B₀ bis B₃), aber sie muß die bidirektio­ nale Übertragung von Daten vorsehen.

Die Busleitung B₀, B₁, B₂ oder B₃, die zur Adressen- und Datenübertragung verwendet werden wird, wird durch das ASE 42 selektiert, das ein 2-Bit-Selektionssignal auf die Selektionseingänge S₁ und S₂ der Einheit anwendet.

Falls mehr als vier Busleitungen erforderlich sind, können dann zwei oder mehr der Busmultiplexereinheiten 44 in Parallelformation angeordnet werden, wie in Fig. 7 gezeigt. Jede Einheit hat dann einen Freigabeeingang E zum Empfangen eines Freigabesignals E, das verwendet wird, um die betref­ fende Einheit zu selektieren.

Der ASE-Port P von jeder Busmultiplexereinheit 44 wird in einen offenen Schaltungszustand versetzt, wenn die Ein­ heit nicht selektiert wird. Dies gewährleistet, daß zu irgendeiner gegebenen Zeit nur eine Busmultiplexereinheit 44 Datensignale auf das ASE anwenden kann.

Obwohl in Fig. 12 nicht gezeigt, passieren die Signale, die durch das ASE verwendet werden, um die Datenübertragung zwischen sich und den Speicherabschnitten zu steuern (zum Beispiel Lese-, Schreib- und Chipselektionssignale), auch die Busmultiplexereinheit.

Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm von Teilen des ASE 42. Das ASE 42 enthält jeweilige Empfangs- und Sendezellenpuffer 420 und 421, die jeweilig mit Ausgangs- und Eingangsports des SPC 40 (Fig. 7) verbunden sind. Jeder Puffer 420 oder 421 ist eine FIFO-Vorrichtung mit einer Speicherkapazität von mehreren ATM-Zellen. Empfangene Zellendaten von dem SPC 40 können von einem bidirektionalen Datensignalport des ASE über eine Dreizustandsausgabeeinheit 422 an den (oder jeden) Busmultiplexer 44 ausgegeben werden. Ähnlich können Daten, die an jenem Port von einem Busmultiplexer 44 empfangen werden, über die Eingabeeinheit 423 zu dem Sendezellenpuffer 421 zur Ausgabe an den SPC 40 gelangen.

Das ASE 42 enthält ferner eine Busmultiplexerfolge­ steuerungseinheit 424 und zugeordnete Dauer- und Busfolge­ register 425 und 426. Die Dauer- und Busfolgeregister 425 und 426 sind mit einer Steuereinheitsschnittstellenschaltung 427 verbunden, so daß die Steuereinheit Steuerinformationen (Fig. 8) auf die Busmultiplexerfolgesteuerungseinheit 424 abziehen kann. Die Zeitlagendaten von jenen Steuerinforma­ tionen sind in dem Dauerregister 425 gespeichert, und die Folgedaten bezüglich der betreffenden Schalteinheit (ASE) sind in dem Busfolgeregister 426 gespeichert. Zwei Folgere­ gister könnten in dem ASE anstelle von nur einem vorgesehen werden, so daß die Steuereinheit ein Register aktualisieren kann, während das andere Register durch das ASE in dem laufenden Lesezyklus verwendet wird.

Die Busmultiplexerfolgesteuerungseinheit 424 erzeugt geeignete Busselektionssignale, die auf den Busmultiplexer 44 angewendet werden, um die erforderlichen Busse für Spei­ cherübertragungen zu selektieren, und führt die erforderli­ chen Lese- und Schreiboperationen unter Verwendung des selektierten Speicherabschnittes aus.

Eine Speichersteuereinheit 428 erzeugt geeignete Schreib-, Lese- und Chipselektionssignale zum Steuern des Speicherabschnittes, auf den zugegriffen wird.

Eine Mehrsendesteuereinheit 429 ist auch zum Steuern der Operation des ASE 42 als Reaktion auf den Empfang von Mehrsendedaten vorgesehen. Solch eine Operation wird später unter Bezugnahme auf Fig. 14(A) beschrieben.

Das ASE 42 enthält ferner eine Zeigerspeichereinheit 430, die mit der Steuereinheitsschnittstellenschaltung 427 verbunden ist und über eine Adressenberechnungs-/Zeiger­ wartungseinheit 432 auch mit dem Datensignalport des ASE verbunden ist. Die Adressenberechnungs-/Zeigerwartungs­ einheit 432 erzeugt auch Adressensignale A zur Anwendung auf die oder jede Busmultiplexereinheit 44.

Wenn eine Lese- oder Schreiboperation durch das ASE 42 auszuführen ist, sucht das ASE aus dem für die Datenübertra­ gung zu verwendenden Speicherabschnitt den relevanten Lese- oder Schreibzeiger heraus, der in der Zeigerspeicherzone PS (Fig. 10) des betreffenden Speicherabschnittes gespeichert ist. Dieser Zeiger wird in der Zeigerspeichereinheit 430 temporär gespeichert. Die Adressenberechnungs-/ Zeiger­ wartungseinheit 432 benutzt dann den Zeiger, um die nötigen Adressensignale zur Anwendung auf den Speicherabschnitt zu erzeugen, um die Zellendaten zu lesen oder zu schreiben. Nachdem die Operation vollendet ist, wird der relevante Lese- oder Schreibzeiger, der in der Zeigerspeichereinheit 430 gehalten wird, durch die Adressenberechnungs-/Zeiger­ wartungseinheit 432 aktualisiert, und der aktualisierte Zeiger wird zurück in die Zeigerspeicherzone PS des betreffenden Speicherabschnittes geschrieben.

Fig. 14(A) und 14(B) sind Flußdiagramme, die jewei­ lig die Operation der Vorrichtung von Fig. 3 in den Schreib- und Lesephasen zeigen. Wie in Fig. 14(A) gezeigt, selektiert das ASE 42 in jeder Schalteinheit 20 in der Schreibphase seinen eigenen Speicherabschnitt und nimmt die erforderliche Busselektion für jenen Speicherabschnitt vor (Schritt S1). Dann liest das ASE bei Schritt S2 den relevan­ ten Schreibzeiger aus seinem eigenen Speicherabschnitt und speichert ihn temporär in der Zeigerspeichereinheit 430. Dann werden bei Schritt S3 empfangene Zellendaten von dem SPC 40, die gegenwärtig in dem Empfangszellenpuffer 420 gespeichert sind, in die relevante Speicherzone innerhalb des eigenen Speicherabschnittes der Schalteinheit geschrie­ ben. Die Leitwegkennung, die an jede Zelle durch den SPC 40 angehängt wurde, um die Zielausgangsportnummer anzugeben, wird durch das ASE 42 entfernt, und nur die ATM-Zelle selbst wird in dem Speicherabschnitt gespeichert. Das Entfernen der Leitwegkennung ist möglich, da die Zellendaten in der Schaltvorrichtung "stationär" verbleiben und in der Lese­ phase das lesende ASE weiß, daß die Daten, die es auszugeben hat, immer an ihrer entsprechenden Speicherstelle innerhalb der Speicherabschnitte anderer Schalteinheiten zu finden sein werden. Somit wird der Übertragungsaufwand reduziert und die Buseffektivität erhöht.

Nachdem die Schreiboperation vollendet ist, wird der Schreibzeiger bei Schritt S4 aktualisiert und zurück in den Zeigerspeicherabschnitt des eigenen Speicherabschnittes der Einheit geschrieben. Dann gibt das ASE bei Schritt S5 den Bus frei, und die Schreibphase endet.

Der obengenannte Schritt S3 wird in dem Fall verändert, wenn die empfangenen Zellendaten Mehrsendedaten sind, d. h., wenn sie an eine Anzahl von verschiedenen Schalteinheiten gerichtet werden sollen. In diesem Fall könnte die SPC- Einheit 40 der Empfangsschalteinheit die Zellendaten für jede beabsichtigte Ausgangsschalteinheit wiederholt reprodu­ zieren und eine verschiedene Leitwegkennung an jeden Satz von Zellendaten anhängen. Dieselben Zellendaten würden dann der Reihe nach durch das ASE in jede relevante Speicherzone in dem Speicherabschnitt der Schalteinheit geschrieben. Alternativ könnte die SPC-Einheit 40 eine "Mehrsende­ leitwegindikator"-Kennung auf die empfangenen Zellendaten anwenden, und die Mehrsendesteuereinheit 429 in dem ASE 42 könnte das wiederholte Datenschreiben in die verschiedenen Speicherzonen ausführen. Jedoch muß das ASE auf jeden Fall den Speicherabschnitt seiner eigenen Schalteinheit für eine Periode besetzen, die gleich der Zeit ist, die erforderlich ist, um die gesamten Mehrsendezellendaten einmal in den Speicherblock zu schreiben, x der Anzahl von Mehrsende­ ausgangsschalteinheiten.

Um die Speicherabschnittbesetzungszeit bei Mehr­ endeoperationen zu reduzieren, reagiert in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Mehrsende­ steuereinheit 429 in dem ASE 42 auf die Mehrsendedatenindi­ katorkennung, indem sie die Mehrsendedaten in eine einzelne "Primär"-Speicherzone schreibt, die die Speicherzone (in ihrem eigenen Speicherabschnitt) ist, die genau einer der Mehrsendeausgangsschalteinheiten entspricht, und in den Speicherzonen, die jeweilig den verbleibenden Mehrsende­ ausgangsschalteinheiten entsprechen, Schreibadressenzeiger einfach auf die Stelle in der Primärspeicherzone der Mehrsendedaten verweisen. Es wäre auch möglich, eine zweckbestimmte Mehrsendespeicherzone innerhalb jedes Speicherabschnittes zum Speichern der Mehrsendedaten vorzusehen.

Fig. 14(B) zeigt die Operation der Schaltvorrichtung von Fig. 3 in der Lesephase.

Zu Beginn der Lesephase zieht die Steuereinheit 31 auf die ASEs 42 in den verschiedenen Schalteinheiten die nötigen Zeitlagen- und Folgedaten für jeden Zyklus der Lesephase ab.

Daher selektiert zu Beginn eines Lesezyklus bei Schritt S10 das ASE 42 in jeder Schalteinheit den Speicherabschnitt einer anderen Schalteinheit gemäß den Folgedaten, die in seinem Busfolgeregister 426 für den betreffenden Zyklus gehalten werden. Es erfolgt die erforderliche Busselektion für jenen Speicherabschnitt.

Bei Schritt S11 sucht dann das ASE aus der Zeigerspei­ cherzone PS des selektierten Speicherabschnittes den Lese­ zeiger für die Speicherzone in dem selektierten Speicher­ abschnitt heraus, die der Schalteinheit des ASE entspricht.

Bei Schritt S12 liest dann das ASE 42 Zellendaten aus der betreffenden Speicherzone und überträgt die Daten zu dem Sendezellenpuffer 421, von dem sie an die SPC-Einheit 40 ausgegeben werden.

Bei Schritt S13 wird der Lesezeiger aktualisiert und zurück in die Zeigerspeicherzone des selektierten Speicher­ abschnittes geschrieben. Bei Schritt S14 gibt das ASE 42 den Bus frei, und der laufende Lesezyklus endet.

Bei Schritt S15 prüft das ASE 42, ob alle geplanten 35 Lesezyklen für die laufende Lesephase vollendet worden sind.

Falls nicht, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S10 zum Start des nächsten Lesezyklus zurück.

Falls bei Schritt S15 anderenfalls bestimmt wird, daß die Lesephase vollendet ist, bewertet die Steuereinheit 31 bei Schritt S16 die Mengen von Daten in den Speicherzonen aller Speicherabschnitte und bestimmt, ob verschiedene SPM-Abschnitt-Speicherabschnitt-Paare in der nächsten Lese­ phase selektiert werden sollten. Etwaige erforderliche Veränderungen der Selektionen erfolgen bei Schritt S17 durch Abziehen neuer Steuerinformationen auf die ASEs 442. Für die Steuereinheit wäre es auch möglich, die Paarselektionen im Verlaufe einer Lesephase zu modifizieren, falls Verkehrs­ flußbedingungen dringende Veränderungen an jenen Selektionen erfordern würden.

Fig. 15 zeigt ein weiteres Beispiel einer Schaltvor­ richtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert. Wie in der Vorrichtung von Fig. 3 enthält jede Schalteinheit 20 einen SPM-Abschnitt 22 und einen Speicherabschnitt 24′. In diesem Fall ist der Speicherabschnitt 24′ ein Dualportspei­ cher, zum Beispiel ein statischer Dualportspeicher mit wahlfreiem Zugriff, wie z. B. der IDT 7026S/L 16K X 16, hergestellt von Integrated Device Technologies, Inc. Jeder derartige Dualportspeicherabschnitt 24′ hat einen ersten Port P_W, der ausschließlich zum Schreiben von Zellendaten in den Speicherabschnitt verwendet wird, und einen zweiten Port P_R, der ausschließlich zum Lesen von Zellendaten aus dem Speicherabschnitt verwendet wird. Der Schreibport P_W ist nur mit dem SPM-Abschnitt 22 der Schalteinheit 20 verbunden, in der der Speicherabschnitt 24′ angeordnet ist. Denn empfan­ gene Zellendaten werden immer in den eigenen Speicherab­ schnitt der Schalteinheit geschrieben. Damit andererseits jeder der SPM-Abschnitte jeden Speicherabschnitt 24′ lesen kann, ist der Leseport PR von jedem Dualportspeicherab­ schnitt 24′ mit einer anderen der Busleitungen B₀ bis B₂ verbunden, und jeder der SPM-Abschnitte 22 hat Zugriff auf alle drei Busleitungen.

Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen zur Verwendung beim Schalten von ATM-Daten dienen, wird einge­ schätzt, daß die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um eine Schaltvorrichtung zur Verwendung bei irgend­ einer Anwendung vorzusehen, bei der viele Eingangs- und Ausgangsports erforderlich sind.

Für die Steuereinheit, die zum Bestimmen der SPM-Ab­ schnitt-Steuerabschnitt-Paarselektionen verwendet wird, ist es möglich, Zellenprioritäten sowie Verkehrsmengen zu berücksichtigen. Ferner kann die Steuereinheit durch ein Neuralnetz oder ein anderes Lernsystem implementiert werden, so daß die Steuereinheit lernen kann, wie verschiedene Verkehrsflußsituationen zu bewältigen sind, und ihr gesam­ meltes Wissen anwenden kann, wenn in Zukunft ähnliche Situa­ tionen auftreten.

Claims (19)

1. Schaltvorrichtung mit einer Vielzahl von Schalt­ einheiten, von denen jede ein Speichermittel enthält, das Speicherzonen hat, die jeweilig den anderen Schalteinheiten von der Vielzahl entsprechen, welche Vorrichtung eine Schreibphase hat, in der, wenn Daten durch eine erste der Schalteinheiten zur Ausgabe durch eine zweite der Schaltein­ heiten empfangen werden, die erste Schalteinheit die empfan­ genen Daten in der Speicherzone ihres Speichermittels spei­ chert, die der zweiten Schalteinheit entspricht, und auch eine Lesephase hat, in der die zweite Schalteinheit die gespeicherten Daten aus ihrer entsprechenden Speicherzone in dem Speichermittel der ersten Schalteinheit heraussucht und jene Daten ausgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schalt­ einheiten in der Schreibphase gleichzeitig betriebsfähig sind, wobei jede von ihnen dabei empfangene Daten, zur Ausgabe durch eine andere der Schalteinheiten, in der Spei­ cherzone ihres Speichermittels speichert, die jener anderen Schalteinheit entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der in der Lesephase zwei beliebige der Schalteinheiten oder mehr gleichzeitig betriebsfähig sind, um aus ihren jeweiligen entsprechenden Speicherzonen in den Speichermitteln anderer Schalteinheiten die darin gespeicherten Daten herauszusu­ chen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, die ferner ein Steu­ ermittel enthält, das mit jeder der Schalteinheiten verbun­ den ist und betriebsfähig ist, um mehrere Schalteinheit- Speichermittel-Paare zur Verwendung in der Lesephase zu selektieren, wodurch die Schalteinheit von jedem Paar dazu bestimmt wird, gespeicherte Daten aus ihrer entsprechenden Speicherzone in dem Speichermittel des betreffenden Paares während der Lesephase herauszusuchen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Lesephase eine Anzahl von Lesezyklen umfaßt und das Steuermittel betriebsfähig ist, um verschiedene Schalteinheit-Speicher­ mittel-Paare in verschiedenen Lesezyklen derselben Lesephase zu selektieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der das Steuermittel betriebsfähig ist, um wenigstens eines der Schalteinheit-Speichermittel-Paare in mehr als einem Lese­ zyklus derselben Lesephase zu selektieren.

7. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 6, bei der die Schreib- und Lesephasen alternieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der eine Schreibphase zwischen zwei Lesezyklen derselben Lesephase liegt.

9. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 8, bei der das Steuermittel betriebsfähig ist, um die Schalteinheit-Speichermittel-Paare in Abhängigkeit von den Verkehrsflußbedingungen in der Vorrichtung zu selektieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Steuer­ mittel ein Verkehrsflußüberwachungsmittel enthält, das betriebsfähig ist, um die Datenmengen, die in jeder Spei­ cherzone der Speichermittel der Schalteinheiten gespeichert sind, zu überwachen, welches Steuermittel die überwachten Mengen verwendet, wenn es die Selektion der Schalteinheit- Speichermittel-Paare vornimmt.

11. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die ferner ein Busmittel umfaßt, das die Schalt­ einheiten untereinander verbindet, welches Busmittel eine Vielzahl von individuellen Busleitungseinheiten enthält, wobei so viele Busleitungseinheiten wie Schalteinheiten vorhanden sind und jede Schalteinheit mit allen Busleitungs­ einheiten verbunden ist, die jeweiligen Speichermittel der Schalteinheiten aber nur mit jeweiligen verschiedenen der Busleitungseinheiten verbunden sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 zusammen mit irgend­ einem der Ansprüche 4 bis 10, bei der das Steuermittel betriebsfähig ist, um die Schalteinheit-Speichermittel-Paare so zu selektieren, daß in der Lesephase alle Schalteinhei­ ten, die gespeicherte Daten aus ihrem jeweiligen gepaarten Speichermittel gleichzeitig heraussuchen, dies über ver­ schiedene Busleitungseinheiten tun.

13. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei der das Speichermittel von jeder Schalteinheit verwendet wird, um virtuelle First-in-first-out-Speicher­ blöcke vorzusehen, die jeweilig den Speicherzonen entspre­ chen, von welchen Blöcken jeder jeweilige Schreib- und Lesezeiger hat, die auch in dem Speichermittel der betref­ fenden Schalteinheit gespeichert sind, zur Verwendung durch die Schalteinheiten, wenn Daten in der entsprechenden Spei­ cherzone gespeichert werden und Daten aus ihr heraus gesucht werden.

14. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei der jede Schalteinheit ein Mehrsendebearbei­ tungsmittel hat, das operativ ist, wenn durch die betref­ fende Schalteinheit Mehrsendedaten empfangen werden, zur Ausgabe durch eine Vielzahl von bestimmten anderen Schalt­ einheiten, um die empfangenen Mehrsendedaten in der Spei­ cherzone ihres Speichermittels zu speichern, die genau einer ersten von jenen bestimmten Schalteinheiten entspricht, und um in den Speicherzonen, die jeweilig den verbleibenden Schalteinheiten entsprechen, einen Mehrsendeadressenzeiger zu speichern, der auf die Stelle der Mehrsendedaten in der Speicherzone hinweist, die der ersten bestimmten Schalteinheit entspricht.

15. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei der jedes Speichermittel jeweilige Schreib- und Leseports hat und so ausgelegt ist, daß Daten zu dersel­ ben Zeit in den Schreibport geschrieben werden können wie Daten aus dem Leseport herausgesucht werden;
welcher Leseport des Speichermittels von jeder Speichereinheit mit allen anderen Schalteinheiten verbunden ist, der Schreibport des Speichermittels von jeder Schalt­ einheit aber nicht mit irgendwelchen anderen Schalteinheiten verbunden ist, wodurch in der Lesephase Daten, die durch jede Schalteinheit empfangen werden, in dem Speichermittel der betreffenden Einheit gespeichert werden können, während vorher gespeicherte Daten aus jenem Speichermittel durch eine andere Schalteinheit herausgesucht werden.

16. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei der jede Schalteinheit einen Schaltportsteuer abschnitt enthält, der mit jeweiligen Eingangs- und Aus­ gangsports der Schalteinheit verbunden ist und betriebsfähig ist, wenn Daten an dem Eingangsport empfangen werden, um eine Leitwegkennung zu erzeugen, die die Speicherzone in dem Schalteinheitsspeichermittel bezeichnet, in der die empfangenen Daten zu speichern sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der jede Schalt­ einheit ein adaptives Schaltelement enthält, das mit dem Steuermittel verbunden ist, zum Empfangen von Steuerinforma­ tionen von ihm, die die selektierten Schalteinheit-Speicher­ mittel-Paare für jene Schalteinheit in der Lesephase bezeichnen, und das gemäß jenen Steuerinformationen betriebsfähig ist, um die passenden Busleitungseinheiten der Reihe nach im Verlauf der Lesephase zu aktivieren, um die Datenübertragung von dem Speichermittel zu der Schalteinheit von jedem selektierten Paar für die betreffende Schaltein­ heit zu erleichtern.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der jede Schalt­ einheit ferner ein Busmultiplexermittel enthält, das einen ersten Port hat, der mit dem adaptiven Schaltelement der betreffenden Einheit verbunden ist, und eine Vielzahl von weiteren Ports, die jeweilig mit den Busleitungseinheiten verbunden sind, von welchen weiteren Ports irgendeiner zur Daten- und Adressensignalübertragung zwischen sich und dem ersten Port bestimmt werden kann, durch Anwendung auf das Busmultiplexermittel eines Selektionssignals, das durch das adaptive Schaltelement der betreffenden Schalteinheit erzeugt wird.

19. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei der die Daten Zellendaten eines Netzes mit asynchronem Übertragungsmodus sind.