FR2825546A1 - Systeme de commutation de flux a debit garanti au travers d'une matrice - Google Patents
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Abstract
Système de commutation de paquets de données, apte à réguler les flux desdits paquets au sein d'une matrice (100) afin de leur garantir un débit entre ses bornes d'entrée et ses bornes de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement :. des files d'attente de source (200) placées en amont de la matrice et en aval des files d'attente de destination (400) recevant chacune un flux,. des circuits (307) pour générer des notifications lors de l'extraction de paquets des files d'attente de destination, lesquelles notifications sont porteuses d'information les associant de manière biunivoque à un couple de files d'attente de source / destination et d'une priorité accrue par un faible niveau de remplissage de ladite file d'attente de destination, . un circuit de commutation (301) pour router lesdites notifications vers les multiplexeurs (300) contrôlant leur file d'attente de source associée,. des circuits de mémorisation (302) pour classer les notifications par niveau de priorité,. des circuits (309) pour élire les notifications prioritaires et sélecter les files d'attente de source associées afin d'émettre un ou plusieurs paquets en tête desdites files, de sorte que les files d'attente de destination les moins remplies sont réapprovisionnées en premier. Applications : Réseau haut débit de télécommunications.
Description
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La présente invention concerne un système de commutation de paquets de données, convenant notamment à un équipement de réseau haut débit de télécommunications, permettant de réguler les flux de données en transit entre ses bornes d'entrée et ses bornes de sortie afin de garantir une qualité de service sur lesdits flux.
La maîtrise de la qualité de service, appelée communément QoS (Quality Of Service), est un enjeu majeur pour offrir à l'utilisateur des services multimédias (voix, vidéo, données etc...) fédérés par un unique réseau de télécommunications. Elle peut être décrite simplement par des caractéristiques de transfert entre le point d'entrée et le point de sortie d'un réseau ou d'un équipement de commutation : - Une première grandeur est liée au temps de transmission et s'applique aux services temps-réel. Elle se décompose en un temps fixe majoritairement lié à la vitesse de transmission dans les faisceaux optiques ou électriques et un délai variable (gigue) provoquée par la congestion instantanée des paquets sollicitant les mêmes bornes de sortie des équipements de réseau intermédiaires. Elle doit être maîtrisée afin de pouvoir offrir des services interactifs. Ainsi un temps total de transmission supérieur à quelques centaines de millisecondes rend toute conversation téléphonique désagréable voire impraticable. La gigue est aujourd'hui relativement bien maîtrisée dans les matrices de commutation dans la mesure où quelques valeurs admissibles de gigue sont autorisées, ce qui en pratique satisfait la grande majorité des applications.
Quelques files d'attente servies en sortie selon des priorités fixes permettent d'obtenir des résultats satisfaisants : Plus la gigue permise est restreinte, plus la file d'attente associée aura une priorité élevée.
Quelques files d'attente servies en sortie selon des priorités fixes permettent d'obtenir des résultats satisfaisants : Plus la gigue permise est restreinte, plus la file d'attente associée aura une priorité élevée.
- Une deuxième grandeur est liée à la perte de données, laquelle va se traduire par une dégradation du service offert sur une application temps-réel (altération de la voix ou de la vidéo) et non temps-réel par l'augmentation des retransmissions opérées automatiquement par les couches hautes des protocoles (temps de transfert accrus sur des fichiers). Afin d'en maîtriser les effets, des techniques de destruction contrôlée des paquets dans les files d'attente sont alors utilisées conjointement avec des signaux de prévention de saturation (dits de backpressure). Ces derniers, usuellement émis par les matrices ou coeurs de commutation, agissent en rétroaction sur les files d'attente placées à leurs entrées.
Une troisième grandeur est liée au débit garanti par le réseau pour rendre viable ou confortable un service donné. Par exemple, tout intemaute a expérimenté le désagrément provoqué par l'absence d'un service minimum se traduisant par le
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gel pur et simple de sa navigation sur Internet. La maîtrise des débits garantis est problématique, particulièrement lorsque des matrices sont utilisées dans les équipements de commutation.
Le lecteur pourra se reporter au livre Quality of Service in ATM Networks de Natalie Giroux & Sudhakar Ganti paru en 1998 aux éditions Prentice Hall/USA pour se familiariser avec ces notions de QoS et les principaux types de matrices de commutation.
La présente invention a pour but principal de pallier ce problème de maîtrise de débits garantis lorsque des matrices de commutation sont mises en oeuvre et a pour objet un système de commutation, convenant notamment à un équipement de réseau de télécommunications, se caractérisant essentiellement en ce qu'il comprend : w une pluralité de bornes d'entrée pour recevoir des flux de paquets sur lesquels sont imposées des contraintes de débit garanti, une pluralité de bornes de sortie pour émettre lesdits flux sur des conduits propres au réseau de télécommunications, w une matrice de commutation apte à transmettre lesdits paquets de ses ports d'entrée vers ses ports de sortie en fonction d'une information de routage contenue dans l'entête desdits paquets, w des blocs d'exécution des fonctions d'entrée dudit équipement de réseau, notamment chargés de la reconnaissance desdits paquets identifiant lesdits flux et de la fourniture de l'information nécessaire au routage desdits paquets au travers de ladite matrice, une pluralité de files d'attente de source recevant chacune un flux de paquets et placée en amont desdits ports d'entrée de ladite matrice, w une pluralité de files d'attente de destination recevant chacune un flux de paquets issu d'un desdits ports de sortie de ladite matrice, . des blocs d'exécution des fonctions de sortie dudit équipement de réseau, notamment chargés de l'ordonnancement des paquets de données sur chacune des bornes de sortie de sorte que la fréquence d'extraction des paquets desdites files d'attente de destination satisfait la contrainte de débit garanti de chacun des flux, . un système de multiplexage des paquets issus desdites files d'attente de source alimentant lesdits ports d'entrée de la matrice, caractérisé en ce qu'il comporte : w des circuits de génération de notifications signalant la sortie des paquets des files d'attente de destination, lesdites notifications étant affectées d'une information de routage permettant leur acheminement vers les circuits de
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mémorisation et d'une information permettant l'identification de leur file d'attente source avec laquelle elles sont associées de manière biunivoque, des circuits de mémorisation permettant le classement desdites notifications, w des circuits de sélection permettant l'élection des notifications prioritaires et la sélection des files d'attente de source désignées par lesdites notifications, . un circuit de commutation desdites notifications issues desdits circuits de génération vers lesdits circuits de mémorisation, L'invention ne fait pas d'hypothèses sur la structure interne de la matrice de commutation de paquets (communément appelée switchingfabric). Par exemple, celle-ci
peut être sans mémoire de paquets interne de type crossbar/wormhole (ce terme peut se traduire en français par trou de vers car le tête du paquet commuté est arrivée dans la file de destination alors que la queue se trouve encore dans la file d'attente de source, évoquant ainsi l'image d'un vers), ou avec mémoire de paquets interne de type store and forward (avec une mémoire interne permettant de tamponner les paquets et disposée sur les entrées ou sur les sorties ou partagée entre les entrées/sorties).
peut être sans mémoire de paquets interne de type crossbar/wormhole (ce terme peut se traduire en français par trou de vers car le tête du paquet commuté est arrivée dans la file de destination alors que la queue se trouve encore dans la file d'attente de source, évoquant ainsi l'image d'un vers), ou avec mémoire de paquets interne de type store and forward (avec une mémoire interne permettant de tamponner les paquets et disposée sur les entrées ou sur les sorties ou partagée entre les entrées/sorties).
L'invention n'a pas pour objet le traitement de flux temps-réel, ces derniers doivent donc bénéficier par exemple de niveaux de priorité supérieure, d'une utilisation conventionnelle sur les matrices. De plus, les paquets manipulés peuvent être, de taille fixe auquel cas ils sont usuellement appelés cellules comme avec le protocole haut débit ATM (Asynchronous Transfert Mode) ou de taille variable auquel cas ils sont appelés trames comme avec les protocoles haut débit IP (Internet Protocol) et IEEE 802. x (Ethernet). Le système de commutation objet de l'invention traite indifféremment cellules et trames de données (comme les matrices les plus récentes).
Les principes mis en oeuvre pour résoudre le problème sont présentés et une forme de réalisation de l'invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 montre l'utilisation conventionnelle d'une matrice de commutation, - la figure 2 montre le schéma d'un système de commutation idéal sans matrice,
- la figure 3 donne la méthode utilisée de régulation des flux sur un système de commutation conforme à l'invention, - la figure 4 donne le format du paquet transmis au travers du système de commutation, - la figure 5 présente un exemple de système de commutation conforme à l'invention.
- la figure 3 donne la méthode utilisée de régulation des flux sur un système de commutation conforme à l'invention, - la figure 4 donne le format du paquet transmis au travers du système de commutation, - la figure 5 présente un exemple de système de commutation conforme à l'invention.
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L'utilisation conventionnelle de la matrice de commutation est représentée figure 1 : Les paquets arrivent par les bornes d'entrée 5011 K du système pour être identifiés (par flux
numérotés FI. K, l Q) par les blocs d'exécution des fonctions d'entrée 5001 K Ces derniers peuvent être en charge d'autres tâches comme le contrôle de trafic ou la gestion des files d'attente d'entrée de réception des paquets. Ces files dites de source 200] K, J Q mémorisent les paquets selon leur flux d'appartenance. Il est à noter que le nombre de files d'attente peut être de plusieurs centaines voire milliers. Les paquets sont ensuite introduits par les multiplexeurs 300 !... K dans la matrice 100 sur ces ports d'entrée 1101 K puis extraits des ports de sortie 120 !... L pour être mis dans des files d'attente de sortie dites de destination 400 !... L, 1. M. Les blocs d'exécution des fonctions de sortie 6001 L ordonnancent alors les paquets issus desdites files d'attente de destination vers les bornes de sortie 601 !... L du système de commutation. Les blocs 6001. L peuvent être en charge d'autres tâches comme le lissage de trafic par exemple.
numérotés FI. K, l Q) par les blocs d'exécution des fonctions d'entrée 5001 K Ces derniers peuvent être en charge d'autres tâches comme le contrôle de trafic ou la gestion des files d'attente d'entrée de réception des paquets. Ces files dites de source 200] K, J Q mémorisent les paquets selon leur flux d'appartenance. Il est à noter que le nombre de files d'attente peut être de plusieurs centaines voire milliers. Les paquets sont ensuite introduits par les multiplexeurs 300 !... K dans la matrice 100 sur ces ports d'entrée 1101 K puis extraits des ports de sortie 120 !... L pour être mis dans des files d'attente de sortie dites de destination 400 !... L, 1. M. Les blocs d'exécution des fonctions de sortie 6001 L ordonnancent alors les paquets issus desdites files d'attente de destination vers les bornes de sortie 601 !... L du système de commutation. Les blocs 6001. L peuvent être en charge d'autres tâches comme le lissage de trafic par exemple.
Selon l'exemple de la figure 1, le problème posé par la matrice apparaît sur un des ports de sortie en 11 : la convergence de flux 10L. w d'un débit total supérieur à celui du port de sortie provoque une congestion. Même en présence de mécanismes de rétroaction conventionnels pour limiter l'introduction globale de paquets sur les ports d'entrée de matrice pour un port de sortie donné, le dispositif d'ordonnancement de paquets disposé sur chacun des ports de sortie de la matrice est trop spartiate et demeure incapable pondérer cette introduction selon le débit garanti de chacun des flux car sans connaissance précise de leurs contraintes individuelles. Il met en oeuvre généralement quelques priorités fixes avec une priorité tournante sur un même niveau de priorité. Il en découle donc une dégradation de la qualité de service même si les blocs 6001 L possèdent les qualités nécessaires pour assurer un débit garanti sur chaque flux.
La figure 2 montre le schéma d'un système de commutation idéal sans congestion à un seul port de sortie s qui aidera le lecteur à comprendre l'idée fondatrice et sous-jacente de l'invention : On s'attache ici à un flux donné porté par une file d'attente quelconque 700u, v avec u élément de l'ensemble [1... K] des ports d'entrée et v élément de l'ensemble [1... Q] des files d'attente. On observe que la quantité de paquets présents dans cette file d'attente n'est pas une information nécessaire et utile pour garantir un débit sur le flux associé. Une simple valeur booléenne d'absence/présence de paquets dans la file d'attente est suffisante au bloc 600s pour remplir ses objectifs de qualité de service, lequel est averti de l'introduction de paquets dans les files d'attente par le lien 602s. La file d'attente 700u, v peut être décomposée en un couple de files d'attente
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source/destination (200u, v 4005, t) selon la représentation de la figure 1 avec s élément de l'ensemble [1... L] des ports de sortie et t élément de l'ensemble [1... M] des files d'attente
de destination : il en découle que si la file d'attente de destination 4005, t contient toujours au moins un paquet alors la valeur booléenne ( d'absence/présence de paquets dans la file d'attente 4005, t) nécessaire et suffisante au bloc 6005 est maintenue idéalement, on peut donc considérer que l'introduction d'une matrice n'a pas d'incidence sur la qualité de service.
de destination : il en découle que si la file d'attente de destination 4005, t contient toujours au moins un paquet alors la valeur booléenne ( d'absence/présence de paquets dans la file d'attente 4005, t) nécessaire et suffisante au bloc 6005 est maintenue idéalement, on peut donc considérer que l'introduction d'une matrice n'a pas d'incidence sur la qualité de service.
L'objectif principal du système de commutation selon l'invention est de faire de sorte que les files d'attente de destination 4001. L, t.. M soient toujours alimentées et donc dans un état non vide (à moins bien sûr que les files de source associées soient vides), pour cela :
1) Toute variation négative-c'est à dire toute sortie de paquet d'une file d'attente de destination 4005, t-est compensée au plus tôt par l'extraction et l'émission d'un paquet de la file d'attente de source 200u, v de la part du multiplexeur 300u. Pour cela un message, appelé notification, est renvoyé au multiplexeur 300u pour provoquer cette opération. Cette action s'oppose à la cause qui la produit, de sorte que les débits garantis sur les flux par les blocs 6001. L en aval de la matrice, se trouvent rétro- propagés à son amont.
1) Toute variation négative-c'est à dire toute sortie de paquet d'une file d'attente de destination 4005, t-est compensée au plus tôt par l'extraction et l'émission d'un paquet de la file d'attente de source 200u, v de la part du multiplexeur 300u. Pour cela un message, appelé notification, est renvoyé au multiplexeur 300u pour provoquer cette opération. Cette action s'oppose à la cause qui la produit, de sorte que les débits garantis sur les flux par les blocs 6001. L en aval de la matrice, se trouvent rétro- propagés à son amont.
2) Le multiplexeur 300u peut avoir à un instant donné une multitude de notifications à traiter et donc de files d'attente de destination à remplir. Il procède donc à un classement sur les notifications de sorte que les files d'attente de destination les moins remplies se trouvent réapprovisionnées en premier. Pour cela, les notifications portent une information de priorité relative au niveau de remplissage de la file d'attente de destination qu'elles représentent.
3) La file d'attente de destination agit comme une mémoire cache et pour des flux à haut débit ou très sporadiques, il peut être nécessaire qu'un nombre assez important de paquets soit provisionné dans celle-ci afin de compenser le délai de réapprovisionnement introduit par le multiplexeur 300u et la matrice 100. Une notification de haute priorité, signalant une file d'attente de destination peu remplie (typiquement vide) est alors interprétée par le multiplexeur 300u par l'émission de plusieurs paquets (typiquement 2) pour la file d'attente de destination considérée. Le nombre de paquets, nécessaire et provisionné dans une file d'attente de destination afin que celle-ci ne soit pas jamais vide, augmente en s'ajustant automatiquement et rapidement de manière dédiée selon chaque flux. A contrario, une notification de
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faible priorité, représentative d'une file d'attente de destination bien remplie, entraîne l'émission d'un seul paquet, action satisfaisante selon 1) La figure 3 donne graphiquement la méthode de régulation qui vient d'être introduite. Les paquets d'un flux donné arrivent dans la file d'attente de source 200u, v (identifiée par v et connectée au port u de la matrice) par le lien 502u. Ils ne sont autorisés à sortir que lorsque l'ordonnanceur 309u active l'extraction et l'émission de ceux-ci grâce à la commande 303u qui active le contacteur 20lu, v représenté ici de manière symbolique.
Lorsqu'un paquet est extrait de la file d'attente de destination 400s, t (identifiée par t et connectée au port s de la matrice), une notification 23 est retournée vers le jeu de files d'attente de notifications 302u par le biais d'un petit commutateur de notifications 301. La capacité de commutation de ce dernier est plus réduite que celle de la matrice 100 de par la taille des notifications (de l'ordre de 32 éléments binaires) très inférieure à celle des paquets de données (de 400 à 10000 éléments binaires). Cependant cette capacité doit néanmoins être suffisante pour s'affranchir des problèmes de congestion. Toute notification est porteuse d'un niveau de priorité Po. N évalué dynamiquement par le bloc 307s en fonction d'une série de seuils de remplissage placés sur la file de destination 400s, t. Par exemple la priorité P, sera choisie lorsque entre 2'et 2'+'-l paquets sont présents dans ladite file au moment précédant l'extraction. Après son routage par le
commutateur de notifications 301 et à sa réception, la notification 23 formée du triplet (u, v, Pi) est classée dans 302u et déposée dans une file d'attente de notifications P, notée 308u, i (Pi est un élément de l'ensemble PO. N des files d'attente de notifications) en fonction de sa priorité Pi de la notification. A chaque file d'attente de notifications correspond un niveau de priorité de notifications.
commutateur de notifications 301 et à sa réception, la notification 23 formée du triplet (u, v, Pi) est classée dans 302u et déposée dans une file d'attente de notifications P, notée 308u, i (Pi est un élément de l'ensemble PO. N des files d'attente de notifications) en fonction de sa priorité Pi de la notification. A chaque file d'attente de notifications correspond un niveau de priorité de notifications.
En sortie, l'ordonnanceur 309u choisit la notification (u, v', Pj) en tête de la file d'attente la plus prioritaire non vide dans le jeu de files d'attente de notifications 302u (Po : plus haute priorité, PN : plus basse priorité) et émet le paquet en tête de la file de source identifiée par v'dès que le port d'entrée de la matrice est disponible. Dans le cas où aucun paquet n'est plus présent dans la file d'attente de source, la notification est détruite ; si de plus, la priorité de la notification dénote l'absence totale de paquets dans la file d'attente de destination (révélée par Po) alors le flux est dit désamorcé et une information booléenne Au, v, propre au flux considéré, est inactivée dans la table d'Amorçage 304u. Si la priorité de la notification est maximale alors que la file d'attente de source n'est pas vide, alors l'ordonnanceur 309u extrait plusieurs paquets
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(typiquement 2) en tête de celle-ci et les émet, dans la mesure bien sûr de leur disponibilité.
Lorsqu'un paquet est introduit dans la file d'attente de source 200u, v alors que celle-ci est vide et Au, v à l'état inactif, Au, v est activé par l'événement 21 et une notification (u, v, Po) est émise vers le jeu de files d'attente 302u sur le lien 22 : Le flux est alors dit amorcé .
La figure 4 donne un exemple de format de paquet transmis au sein du système de commutation. L'entête 30 contient les champs nécessaires à la commutation du paquet : L'information s renseigne sur le port de sortie de la matrice, t représente l'identifiant de la file d'attente de destination. De la même manière, u renseigne sur le port d'entrée de la matrice et v représente l'identifiant de la file d'attente de source. Le champ Pj du paquet représente le niveau de priorité de la notification qui a déclenché l'émission dudit paquet.
Enfin le champ 31 contient les données utiles commutées entre les bornes d'entrée et sortie du système.
Les simulations effectuées montrent que le système de commutation objet de l'invention fonctionne correctement sans disposition particulière de la matrice 100. Selon une caractéristique de l'invention, ledit système peut néanmoins tirer partie des possibilités de celle-ci pour parfaire son efficacité. En ce sens et si la matrice est de type sans mémoire interne, celle-ci ordonnance les paquets en congestion en fonction de la priorité portée par le champ Pj des paquets sur chacun de ses ports de sortie. Cette mesure n'est pas applicable avec des matrices disposant d'une mémoire interne capable de stocker une multitude de paquets. En effet, la priorité des paquets d'un flux est variable et change selon le niveau de remplissage de la file de destination desdits paquets, ces derniers risquent donc d'arriver désordonnés dans ladite file, certains paquets en doublant d'autres dans la matrice.
Selon une autre caractéristique de l'invention applicable à une matrice dotée d'une mémoire interne, un niveau gradué de saturation interne de ladite matrice disponible sur ses ports d'entrée modifie le comportement du multiplexeur 300u de sorte que celui-ci ignore les files d'attente de notifications de faible priorité lorsque la matrice est congestionnée. Ainsi, l'approvisionnement des files d'attente de destination faiblement remplies se trouve de facto prioritaire dans la matrice. L'élection d'une notification est faite par 309u dans les files d'attente de notifications de priorité supérieure à un seuil fixé dynamiquement en fonction du niveau de saturation de ladite matrice selon la règle
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suivante : plus la saturation est élevée, plus l'élection est restreinte aux files d'attente de notifications de priorité élevée .
La figure 5 donne une vue schématique d'un exemple de système de commutation conforme à l'invention. Le commutateur de paquets de données 100 et le commutateur de notifications 301 sont réunis dans une même matrice. Les notifications sont transportées individuellement par des paquets d'un format homogène avec les paquets de données utiles de sorte que la matrice commute indifféremment les deux types d'informations. Il est bien entendu souhaitable que cette matrice traite des paquets de taille variable de sorte que la charge provoquée par les transferts de notification reste négligeable devant celle des paquets de données utiles.
Chaque couple de ports d'entrée/sortie de la matrice est connecté à une carte coupleur 900 détaillée ici selon l'indice u supportant les fonctions nécessaires à sa connexion à des conduits 501u/601u propres au réseau de télécommunications. Les blocs fonctions de réseaux 500u/600u pourraient bien sûr gérer individuellement une pluralité desdits conduits.
Le multiplexeur 111u à deux entrées permet d'émettre les paquets de données utiles présents en sortie du jeu de files d'attente de source 200u, 1 Q présents sur 112u et les notifications élaborées par 307u et présentées sur 310u vers un même port d'entrée llOu de matrice. Il est souhaitable que les notifications soient prioritaires sur les paquets de données utiles.
D'un même port de sortie 120u de la matrice, les mêmes informations sont démultiplexées par l'élément 121u vers respectivement le bloc 300u pour les notifications via 320u, et le jeu de files d'attente de destination 400u, l... M pour les paquets utiles via 122u. Une valeur booléenne dans l'entête des paquets permet de distinguer s'ils contiennent des données utiles ou des notifications. Bien sûr, des couples de ports d'entrée/sortie distincts pour les notifications et les paquets de données utiles sont également envisageables.
Le jeu de files d'attente de destination 400u, l M est intégré dans une mémoire dite de destination où un partage dynamique est effectué sur la place allouée à chaque file d'attente car en considérant M files pouvant contenir au maximum H paquets, il est très peu probable que M * H places soient nécessaires pour stocker les paquets dans ladite mémoire. La taille maximale d'une file d'attente peut être évaluée dynamiquement en fonction du taux d'occupation de la mémoire. En considérant F le nombre de places
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restant disponibles dans la mémoire pour recevoir des paquets, la taille maximale de la file d'attente H peut, par exemple, s'exprimer ainsi : H = a * (F-S) où a est un coefficient d'allocation compris entre 0 et 1 (typiquement en l/2n), et S une marge de sécurité liée au fait que des notifications associées à la mémoire peuvent déjà être mémorisées par le multiplexeur 300. Ainsi, plus la place vient à manquer dans la mémoire, plus la taille maximale des files d'attente se réduit ; le partage de la mémoire reste équitable empêchant ainsi que certaines files d'attente ne monopolisent trop la mémoire. Si la taille courante T d'une file d'attente vient à dépasser la taille maximale H, alors aucune notification n'est générée par le bloc 307 ; ce mécanisme permet ainsi de se préserver d'une saturation de la mémoire de destination qui entraînerait une perte de paquets et par conséquent serait préjudiciable à la qualité de service.
Lorsque les paquets de données utiles sont de taille variable, le niveau de remplissage d'une file d'attente de destination ne s'exprime pas seulement en terme de nombre de paquets mais se trouve pondéré par la longueur desdits paquets. Ladite taille T s'exprime alors par la longueur cumulée (par exemple exprimé en nombre d'éléments binaires) des paquets présents dans la file d'attente de destination considérée. Etant donné que la borne de sortie possède un débit D (en éléments binaires par seconde), la provision effectuée dans la file de destination s'exprime par T/D et est homogène à un temps.
L'introduction d'une trame de longueur Le dans la file d'attente de destination y se traduit sur Tj par : Tj = Tj + Le. L'extraction d'une trame de longueur Ls dans le file d'attente de destination y se traduit sur Tj par : Tj = Tj-Ls. La priorité de notification est toujours évaluée en fonction de T : par exemple la priorité Pi est choisie lorsque la file d'attente contient entre T=2'*, 6et T= (21+1-1) *, 6 éléments binaires où ss représente un coefficient de quantification (typiquement en 2n). Ces calculs sont homogènes avec des paquets de taille fixe (où Le=Ls= 1) et se présentent alors comme un simple comptage de paquets.
L'introduction d'une trame de longueur Le dans la file d'attente de destination y se traduit sur Tj par : Tj = Tj + Le. L'extraction d'une trame de longueur Ls dans le file d'attente de destination y se traduit sur Tj par : Tj = Tj-Ls. La priorité de notification est toujours évaluée en fonction de T : par exemple la priorité Pi est choisie lorsque la file d'attente contient entre T=2'*, 6et T= (21+1-1) *, 6 éléments binaires où ss représente un coefficient de quantification (typiquement en 2n). Ces calculs sont homogènes avec des paquets de taille fixe (où Le=Ls= 1) et se présentent alors comme un simple comptage de paquets.
Selon une variante de l'invention où un dispositif d'optimisation-avec lequel l'invention ne doit pas être confondue-est mis en oeuvre dans la matrice (le type crossbar a une charge maximale limitée à 58% sans optimisation), chaque port d'entrée de celle-ci dispose usuellement en amont d'une file d'attente virtuelle pour chacun des ports de sortie, c'est à dire par direction (technique communément appelée VOQ : Virtual Output Queuing ). Le dispositif d'optimisation régit à chaque instant les connexions établies entre ports d'entrée/sortie et peut ainsi éviter que des paquets sur N
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ports d'entrée différents ne sollicitent simultanément la même sortie conduisant à une situation d'attente de N-1 paquets et de blocage sur N-1 entrées. Le lecteur pourra se référer au document < Scheduling Algorithms for Input queued cells switches > ) McKeown, Ph. D. thesis, University of California, Berkeley, May 1995 pour se familiariser avec ces méthodes. Le dispositif d'optimisation est alors utilisé conjointement avec le bloc 300 et fournit à ce dernier le port de sortie de matrice à servir et sur lequel une connexion est réalisée. Le bloc 300 dispose, par port d'entrée u, d'une structure 302u, s de files d'attente de notifications par port de sortie s (soit au total L blocs 302u par entrée u) de sorte que l'élection d'une notification est faite par 309u dans la structure 302u, s relative au port de sortie fourni par le dispositif d'optimisation. Des moyens semblables sont à mettre en oeuvre lorsque la matrice, de type store and forward, fournit des signaux de saturation relatifs à chacun de ses ports de sortie. Dans ce cas, l'élection d'une notification est faite par 309u dans la liste des structures 302u, s (relatives aux ports de sortie non saturés) fournie par le dispositif d'optimisation.
Les processeurs de réseau (Network Processors), traditionnellement micro-programmés pour exécuter les fonctions des blocs 500 et 600, peuvent également prendre en charge le système de multiplexage 300 et 307 spécifique au système de commutation objet de l'invention. Ledit système de multiplexage peut également être intégré à des FPGA (Field Programmable Gates Array) ou à des circuits spécifiques de type ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
Claims (11)
1. Système de commutation de paquets de données, convenant notamment à un équipement de réseau haut débit de télécommunications, permettant de réguler les flux de données en transit entre ses bornes d'entrée et ses bornes de sortie afin de garantir un débit sur lesdits flux, et qui se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend : . une pluralité de bornes d'entrée (501) pour recevoir des flux de paquets sur lesquels sont imposées des contraintes de débit garanti, w une pluralité de bornes de sortie (601) pour émettre lesdits flux sur des conduits propres au réseau de télécommunications, une matrice de commutation (100) apte à transmettre lesdits paquets de ses ports d'entrée vers ses ports de sortie (120) en fonction d'une information de routage contenue dans l'entête desdits paquets, des blocs d'exécution (500) des fonctions d'entrée dudit équipement de réseau, notamment chargés de la reconnaissance desdits paquets identifiant lesdits flux et de la fourniture de l'information nécessaire au routage desdits paquets au travers de ladite matrice, w une pluralité de files d'attente de source (200) recevant chacune un flux de paquets et placée en amont desdits ports d'entrée de ladite matrice, . une pluralité de files d'attente de destination (400) recevant chacune un flux de paquets issu d'un desdits ports de sortie de ladite matrice, des blocs d'exécution (600) des fonctions de sortie dudit équipement de réseau, notamment chargés de l'ordonnancement des paquets de données sur chacune des bornes de sortie de sorte que la fréquence d'extraction des paquets desdites files d'attente de destination satisfait la contrainte de débit garanti de chacun des flux, w un système de multiplexage des paquets issus desdites files d'attente de source alimentant lesdits ports d'entrée de la matrice, caractérisé en ce qu'il comporte : w des circuits de génération (307) de notifications signalant la sortie des paquets des files d'attente de destination, lesdites notifications étant affectées d'une information de routage permettant leur acheminement vers les circuits de mémorisation et d'une information permettant l'identification de leur file d'attente source avec laquelle elles sont associées de manière biunivoque,
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des circuits de mémorisation (302) permettant le classement desdites notifications dans des files d'attente de notifications, des circuits de sélection (309) permettant l'élection des notifications prioritaires et la sélection des files d'attente de source désignées par lesdites notifications, w un circuit de commutation (301) desdites notifications issues desdits circuits de génération vers lesdits circuits de mémorisation,
2. Système de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce que une notification est générée consécutivement à l'extraction d'un paquet d'une file d'attente de destination,
3. Système de commutation selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce la génération d'une notification est inhibée quand le niveau de remplissage maximal de la file d'attente de destination associée est atteint,
4. Système de commutation selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les notifications sont porteuses en outre d'une information de priorité liée au niveau de remplissage de leur file d'attente de destination associée, un niveau de remplissage faible conférant une priorité élevée,
5. Système de commutation selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les notifications sont rangées dans des files d'attente selon le niveau de priorité desdites notifications reçues par les circuits de mémorisation,
6. Système de commutation selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que un circuit de sélection choisit, pour émettre sur le port d'entrée de matrice sur lequel il est connecté, le paquet en tête de la file d'attente source dont la notification associée est en tête de la file d'attente de notifications non vide la plus prioritaire,
7. Système de commutation selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que un circuit de sélection émet plusieurs paquets lorsque la priorité de la notification, associée à la file d'attente de source dont ils sont issus, est supérieure à un seuil prédéfini,
8. Système de commutation selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que un circuit de sélection détruit une notification associée à une file d'attente de source devenue vide,
9. Système de commutation selon les revendications 1 à 8 et une première variante, caractérisé en ce que :
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'les circuits de mémorisation rangent les notifications par niveau de priorité et de manière supplétive selon les ports de sortie de matrice empruntés par les paquets des files d'attente source auxquelles elles sont associées, 'les circuits de sélection opèrent l'élection des notifications par niveau de priorité sur une liste de ports de sortie de la matrice, ladite liste étant dynamiquement fournie et dédiée par un dispositif d'optimisation à chacun desdits circuits,
10. Système de commutation selon les revendications 1 à 9 et une deuxième variante applicable à une matrice sans mémoire de paquets, caractérisé en ce que les paquets sont porteurs du niveau de priorité de la notification ayant entraîné leur extraction des files d'attente de source afin que les paquets associés aux files d'attente de destination les moins remplies soient traités prioritairement au sein de ladite matrice,
11. Système de commutation selon les revendications 1 à 9 et une troisième variante applicable à une matrice dotée d'une mémoire de paquets, caractérisé en ce que les circuits de sélection ne prennent en compte dans leur phase d'élection que les files d'attente de notifications de priorité élevée lorsqu'une information de saturation de mémoire est émise par ladite matrice.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0107210A FR2825546A1 (fr) | 2001-06-01 | 2001-06-01 | Systeme de commutation de flux a debit garanti au travers d'une matrice |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0107210A FR2825546A1 (fr) | 2001-06-01 | 2001-06-01 | Systeme de commutation de flux a debit garanti au travers d'une matrice |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2825546A1 true FR2825546A1 (fr) | 2002-12-06 |
Family
ID=8863873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0107210A Pending FR2825546A1 (fr) | 2001-06-01 | 2001-06-01 | Systeme de commutation de flux a debit garanti au travers d'une matrice |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2825546A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0603916A2 (fr) * | 1992-12-25 | 1994-06-29 | Nec Corporation | Système de commutation de paquets utilisant l'état d'occupation des mémoires de sortie |
| WO1999066677A1 (fr) * | 1998-06-16 | 1999-12-23 | Alcatel | Commutateur numerique de trafic a gestion de tampon sur base de credit |
| US6144635A (en) * | 1996-07-18 | 2000-11-07 | Nec Corporation | Asynchronous transfer mode exchange system |
-
2001
- 2001-06-01 FR FR0107210A patent/FR2825546A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0603916A2 (fr) * | 1992-12-25 | 1994-06-29 | Nec Corporation | Système de commutation de paquets utilisant l'état d'occupation des mémoires de sortie |
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| WO1999066677A1 (fr) * | 1998-06-16 | 1999-12-23 | Alcatel | Commutateur numerique de trafic a gestion de tampon sur base de credit |
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