KR100194813B1

KR100194813B1 - 멀티채널/멀티캐스트 스위칭 기능을 갖는 패킷 스위칭장치 및 이를 이용한 패킷 스위칭 시스템

Info

Publication number: KR100194813B1
Application number: KR1019960062143A
Authority: KR
Inventors: 김근배; 피터 와이 탄; 폴 에스 민
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19980044114A; JPH10313323A; US6128292A

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

멀티채널/멀티캐스트 스위칭 기능을 갖는 패킷 스위칭장치 및 이를 이용한 패킷 스위칭 시스템.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

입출력 포트간의 관계가 물리적 논리적으로 다대다의 개념을 갖도록 하여 스위치의 셀 처리 능력을 향상시키고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

그룹핑된 출력 포트의 주소 정보를 제공하는 수단과, 다수의 재순환 경로를 통해 재순환된 셀들과 외부로부터 새로이 입력되는 셀들을 입력받아 출력그룹 주소와 입력된 셀의 목적지 주소가 동일한 경우 출력 링크를 할당하고, 출력 링크를 할당받지 못한 셀들은 다수개의 우회링크를 통해 출력하는 라우팅수단과, 상기 다수개의 우회링크를 통해 입력된 셀들 중 재순환 경로수 만큼 선별하여 재순환 출력링크를 통해 출력하는 수단, 및 상기 재순환 출력링크를 통해 입력된 재순환되는 셀의 동기를 맞추어 상기 라우팅수단으로 출력하는 수단을 구비함.

4. 발명의 중요한 용도

ATM 스위칭 장치 및 고정길이 패킷 스위칭 장치에 이용됨.

Description

멀티채널/멀티캐스트 스위칭 기능을 갖는 패킷 스위칭장치 및 이를 이용한 패킷 스위칭 시스템

본 발명은 광대역 종합정보통신망(B-ISDN) 환경 구축에 근간이 되는 고정길이 패킷 스위칭장치인 비동기전달모드(ATM) 스위칭장치 및 이를 이용한 패킷 스위칭 시스템에 관한 것으로, 특히, 입출력 포트간의 관계가 물리적 논리적으로 다대다의 개념을 갖는 멀티채널 스위치 구조를 갖으므로서 스위치의 셀 처리 능력이 향상 될 수 있는 멀티채널/멀티캐스트 스위칭 기능을 갖는 패킷 스위칭장치와 이러한 특성을 갖는 스위치 장치를 단위 스위치로 이용하여 다단 접속망으로 확장시킨 스위칭 시스템에 관한 것이다.

광대역 종합정보통신망(B-ISDN) 구축의 근간 기술은 고정길이 패킷 단위의 전송과 교환을 수행하는 ATM 기술이다. 특히 통신망 장치 구성이 핵심이 되는 스위칭 시스템은 ATM 스위칭 방식을 토대로 하여 구성되어야만 한다. 이러한 목적에 따라 현재까지 ATM 스위치 구조에 대한 많은 연구가 진행되어 왔고 제안되어온 스위치 구조 중 일 부분은 상용화 되어 판매가 이루어 지고 있다.

광대역 종합정보통신망(B-ISDN) 구축에 따라 수용되어야 하는 링크의 속도는 매우 다양하며, 특히 고속화의 특징을 뚜렷이 갖고 있다. 초기 B-ISDN 구축의 기본 속도는 STM(Synchronous Transfer Mode)-1급인 155Mbps와 STM-4 급인 622Mbps정도 이었으나, 근래에 와서는 초고속 전달망(Gigabit Transport Netwrok)의 필요성 등에 따라 2.5Gbps, 10Gbps, 심지어 100Gbps의 채널 속도가 요구되고 있다. 이러한 고속화의 특징과 아울러 보다 경제적인 서비스 망의 구축 등을 이유로 DAVIC(Digital Audio and Video Interantional Council)등에서는 25Mbps, 51Mbps등 보다 저속의 링크를 ATM 시스템에 수용코자 하고 있다. 따라서 향후 요구되는 ATM 스위칭 시스템은 상기의 다양한 채널 속도를 효과적으로 수용할 수 있는 스위칭 방식이 요구되고 있다.

그러나, 종래의 스위칭 방식의 대부분은 스위치 네트워크(Network)의 입/출력 포트의 관계가 일대일의 개념을 갖는 단일(Single) 채널 스위칭 방식이다. 즉, 단일(Single) 채널 스위칭 방식은 출력포트가 물리적/논리적으로 하나의 링크를 갖는 것을 의미하며, 따라서 스위치 네트워크내의 대역폭 할당과 라우팅 경로 결정 작업등이 개개의 포트에 대해 독립적으로 처리된다. 그러므로, 기본 속도 V를 갖는 스위치 네트워크를 사용하여 nXV의 속도를 갖는 입/출력 링크에 대한 스위칭 서비스를 제공하기 위해서는 각 가상연결(Vitrual Connection)별로 셀의 분산이 없도록 같은 물리적 링크를 사용하도록 하는 다중화와 역다중화 장치가 추가적으로 필요하다. 이와 같은 이유로 하여 시스템의 구성이 복잡해 지고, 구현에 소요되는 경비가 많이 들게 되는 문제점이 있다.

이러한 단일 채널 스위칭 방식과는 달리 멀티채널 스위칭 방식(Multi-channel Switching)은 입/출력 포트의 관계가 다대다의 개념으로 구성이 되고, 복수개의 입/출력 링크가 하나의 그룹으로 구성이 되어 논리적으로는 하나의 포트처럼 스위칭 서비스를 수행한다.

즉, 입력되는 셀은 논리적으로 같은 그룹내의 어떤 포트를 통해서도 라우팅 경로를 제공받을 수 있으므로 경로 설정에 있어서 보다 많은 기회를 가짐과 아울러, 하나의 논리적 포트에 속한 다수개 링크들의 총대역폭을 최대한 공유하여 사용할 수 있으므로 시스템의 가용 대역폭을 효과적으로 사용할 수 있고, ATM 트래픽의 버스트 특성을 잘 수용하여 셀의 손실 특성을 강화시킬 수 있다.

이상과 같은 멀티 채널 스위칭 특성을 사용하여 시스템은 각기 다른 속도가 요구되는 입/출력 링크를 하나의 스위치 네트워크를 통해 동시에 수용할 수 있으며, 이때는 단순 기능을 갖는 시간분할 다중화/역다중화 장치만이 필요시 되어 시스템의 구성이 용이하고 구현에 소요되는 경비가 절감되는 특성을 갖는다.

상기의 필요성에 따라 근래에 몇가지 멀티채널 스위칭 기능을 제공하는 스위칭 방식이 제안된 바 있다. 그러나 멀티채널 스위칭을 제공함에 있어 중요한 동작 특성 중에 하나인 셀의 순서 보존 방식이 명확하지 않고 비효율적인 문제가 있다.

스위칭 시스템은 입력되는 셀들의 순서를 보존하는 것이 기본 기능 중에서도 중요한 특성 중에 하나이다. 따라서 만약 스위치 망 자체에서 셀의 순서가 보존되지 않는다면 시스템 차원에서의 셀 순서 보존을 위한 복잡한 부가 기능이 필요하고, 심지어 서비스 종단점(End Point)에서 다시 셀의 순서를 조절하는 기능이 부가적으로 요구되기도 한다.

특히, 멀티 채널 스위칭 방식에서는 이와 같은 기능이 더욱 중요한 기능으로서, 하나의 입력 링크를 통해 입력 되는 셀들 간의 순서와 여러개의 입력 링크에 분산되어 입력되는 하나의 가상 경로에 속한 셀들간의 입력 순서를 다수의 출력링크로 구성된 그룹화된 포트로 출력시 순서가 그대로 유지하여야만 한다.

그러나, 종래의 멀티채널 스위칭 방식은 이와 같은 셀의 순서 보존이 스위치 망에서 제공이 안되고, 셀의 유료부하(Payload)에 순서 정보를 추가하여 서비스 종단 점으로 전달한 후, 서비스 종단점에서 버퍼 메카니즘을 이용 다시 셀의 순서를 조정하는 방식을 전제로 하고 있다.

따라서, 서비스의 양 종단점은 셀 순서 보전을 위한 특별한 프로토콜을 갖어야 하며, 프로토콜의 일치성이 보장 되어야만 한다. 또한 셀의 유료부하(Payload)에 순서 정보를 추가시키므로서 셀의 전송 효율을 저하시키는 단점을 갖고 있다.

또한, 멀티 캐스팅 서비스를 제공하기 위해서 스위칭 네트워크는 셀의 복사(copy) 기능이 있어야 한다. 종래의 공간 분할 스위치(Space Division Switch)들 중 많은 스위치sms 구조상 셀의 복사와 복사된 셀들의 출력포트fh의 라우팅을 별도의 네트워크로 처리하여 오고 있다. 즉, 원하는 포트 수 만큼 셀을 일단 복사한 후 복사된 셀들에 대하여 각각 라우팅 네트워크를 통해 경로를 제공하는 방식이 사용되고 있다.

이 같은 동작을 위해서는 복사 네트워크는 복사를 원하는 양(Fanout 수)에 대한 정보에 의해 임의의 다수개의 출력 포트로 셀을 복사하게 되고, 여러 포트로 분산되어 출력되는 각각의 셀들에 대해 셀이 최종적으로 출력되어야 하는 출력 포트 정보에 따라 라우팅 네트워크는 경로를 할당하여야 한다. 여기서 문제가 되는 것은 멀티캐스팅 서비스를 위하여 복사 네트워크와 라우팅 네트워크의 두가지 네트워크가 필요하다는 것과 통상 두 개의 네트워크 사이에 대용량의 룩업 테이블(Look-up Table)의 구성이 불가피하다는 것이다.

즉, 복사 네트워크는 복사되어야 하는 숫자 정보만을 이용하여 셀의 복사를 수행하며, 복사 된 셀들은 복사 네트워크의 출력 포트로 출력되는데 있어 하나의 가상 경로에 속하는 셀들에 대해 고정 출력포트가 할당되는 것이 아니고, 매 셀 시간 마다 임의의 포트로 출력이 된다.

따라서, 복사 네트워크의 출력 포트에는 출력되는 셀에 포함되어 있는 고유정보(예로서 시스템내에서 유일한 값으로 할당 되는 연결번호 즉, 연결 식별자 번호 등)를 사용하여 다시 해당 셀이 라우팅 망의 어느 출력포트로 출력되어야 하는가를 찾기 위한 테이블의 구성이 필요하다. 즉, 복사된 셀이 복사 네트워크의 어느 출력포트로 출력되는지 미리 알 수 없으므로 복사 망의 각 출력포트에는 라우팅 테이블이 구성되어야 하고, 테이블마다 동일한 라우팅 경로 정보가 중복되어 존재하여야만 한다.

이러한 동작 및 구성에 따라 전체 스위칭 시스템의 구성이 복잡해지고 특히, 입력 링크별로 지원하여야 하는 가상 경로의 숫자가 많을 경우는 테이블의 크기가 대용량이 되어야만 한다. 이러한 현상은 시스템 입출력 링크의 속도가 622Mbps, 2.5Gbps등 보다 고속화 될수록 지원해야하는 가상경로의 숫자가 기하급수적으로 증가하게 되므로 시스템 구현 경비를 증가시킬 뿐만 아니라 고속의 테이블 액세스 자체가 구현이 용이치 않는 문제점이 있다.

통상 스위치 네트워크의 용량 확장은 적절한 규모의 단위 스위치를 다단망(Multistage Interconnection Network)으로 구성하여 확장하는 방법을 사용하고 있으며, 다단망의 형태는 반얀망(Banyan Network)의 형태, 크로스망(Clos Network) 형태 등 다양성을 보이고 있다. 그러나 이러한 구조들의 특징은 단간의 연결 채널을 단일 채널 스위칭 방식을 사용한다는 것이다. 즉, 단간에 구성되어 있는 링크는 복수 개라 하여도 하나의 가상 연결(Virtual Connection)에 속한 셀들에 대해서는 오직 하나의 물리적 경로만을 제공한다.

이에 따라 전체 시스템 차원에서 본다면 하나의 가상연결 요청이 있을 경우 단간에 구성되어 있는 모든 링크의 가용 대역폭을 조사하여 가장 적절한 링크를 라우팅 경로로 할당하여야 한다. 따라서, 만약 단간 링크들에 남아 있는 대역폭의 총량은 새로운 연결요청을 수용할 수 있다 하여도 개개의 링크에 남아있는 대역폭이 불충분하면 새로운 연결요청을 거부하여야만 하므로 시스템의 자원을 최대한 활용하고 있다고 볼 수가 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 스위치의 입출력 포트의 관계를 다대다의 개념 즉, 멀티채널 기능을 갖도록 하여 스위치의 기본 속도인 V를 초과하는 입 출력 링크에 대한 수용이 효과적이고(Super-Rate 스위칭 기능), 링크의 그룹 단위 수용 링크의 수자를 동적으로 구성하도록 하여 각기 다른 속도를 갖는 링크들을 하나의 스위치 망을 통해 수용함으로써(Multi-Rate 스위칭 기능) 스위칭 장치의 서비스 수용 능력을 향상시키는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 멀티 캐스팅 기능을 제공하기 위한 셀의 복사 기능의 수용 및 셀의 복사 기능과 라우팅 기능을 하나의 네트워크에서 동시에 처리함으로서 스위칭 장치를 구성하는데 소요되는 네트워크의 종류를 축소시킴과 아울어 종래의 스위칭 장치와 같이 복사 네트워크와 라우팅 네트워크 사이에 요구되는 제어가 복잡하고 대용량인 테이블의 구성을 배제시키는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 같은 출력포트 그룹에 대한 경쟁에서 누락된 셀들을 효과적으로 집선하여 다시 라우팅 네트워크로 재순환(Re-circulation)시켜 셀 손실을 최소화하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 멀티 채널 스위칭 기능의 제공 및 셀의 재순환 동작 과정에 있어 셀 순서의 유지, 즉 같은 링크를 통해 입력되는 셀들간 및 하나의 그룹 링크에 속하여 분산되어 입력되는 셀들간의 순서가 모든 동작 과정에서 그대로 유지되도록 하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 단위 스위치를 기본 스위치로 하여 스위칭 장치의 규모를 확장하는데 있어서 주로 사용되는 것이 다단망 구조이고, 이와 같은 다단망 구조에서 각 단별 단위 스위치를 멀티채널 스위치로 구성함으로서 스위칭 장치에서 대역폭 조사를 통한 경로 할당 동작을 간단하게 함과 아울러 단간에 연결되어 있는 링크들의 대역폭을 하나의 통합 대역폭으로 간주하여 처리함으로서 스위치의 셀 처리 능력을 최대화하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 라우팅 네트워크와 재순환 경로 제공을 위한 집선 네트워크를 단순한 2x2 스위치 소자를 사용하고, 크로스바(Crossbar) 망의 특성인 열(Column)과 행(Row)만으로 구성되는 패턴 연결 특성을 이용하여 스위칭 장치의 집적화시 내부 패턴의 라우팅을 단순하게 하여 구현을 용이하게 하는데 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 멀티 채널/멀티캐스트 스위칭장치의 블럭 구성도,

도 2 는 본 발명에 따른 라우팅 네트워크의 동작 설명도,

도 3 은 본 발명에 따른 라우팅 태그 변환 설명도,

도 4 는 본 발명에 따른 라우팅 네트워크 스위치 소자의 신호 구성도,

도 5 는 본 발명에 따른 라우팅 네트워크 스위치 소자의 동작 흐름도,

도 6 은 본 발명에 따른 재순환 경로 집선 네트워크의 구성도,

도 7 은 본 발명에 따른 재순환 경로 집선 네트워크의 스위치 소자의 신호 구성도,

도 8 은 본 발명에 따른 재순환 경로 집선 네트워크 스위치 소자의 동작 흐름도,

도 9 는 본 발명에 따른 셀 순서 보존 설명도,

도 10 은 본 발명을 이용한 슈퍼/멀티-레이트 스위칭 시스템의 구성도,

도 11 은 다중화/역다중화기의 기능 구성도,

도 12 는 멀티 채널 스위칭 기능을 이용한 확장 스위치 시스템의 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2 : 멀티 채널/멀티 캐스트 라우팅 네트워크 3 : 재순환 경로 집선 네트워크

5 : 동기 로직부 6 : 출력 그룹 주소 발생부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 그룹핑된 출력 포트의 주소 정보를 제공하는 출력그룹주소 발생수단과, 다수의 재순화경로를 통해 재순환된 셀들과 새로이 입력되는 셀들을 입력받아 상기 출력그룹주소 발생수단으로부터 입력된 각 포트별 출력 그룹 주소와 상기 각 포트별로 입력된 셀의 목적지 주소가 동일한 경우 재순환된 셀을 우선으로 하여 출력 링크를 할당하고, 출력 링크를 할당받지 못한 셀들은 다수개의 우회링크를 통해 출력하는 라우팅수단과, 상기 다수개의 우회링크를 통해 상기 라우팅수단으로부터 입력된 셀들 중 제한된 재순환 경로 수 만큼의 셀들만을 선별하여 재순환 출력링크를 통해 출력하는 재순환 경로설정수단, 및 상기 재순환 출력링크를 통해 상기 재순환 경로설정수단으로부터 재순환되는 셀을 입력받아 재순환되는 셀들과 상기 라우팅수단으로 새롭게 입력되는 셀들과의 시간적 동기를 맞추어 출력하는 동기화수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패킷 스위칭 장치를 이용한 패킷 스위칭 시스템은, 각 입력포트의 최대 처리속도가 임의의 속도 V인 스위치 네트워크를 구비하며, 최대입력속도가 상기 임의의 속도 V인 다수의 입력포트와 최대 출력 속도가 상기 임의의 속도 V이상인 하나의 출력포트를 갖고, 각 입력에 대해 균등한 서비스 시간을 제공하는 시간분할 다중화수단을 상기 스위치 네트워크의 다수의 출력포트에 연결하고, 최대 입력속도가 상기 임의의 속도 V이상인 하나의 입력포트와 최대 출력속도가 상기 임의의 속도 V인 다수의 출력포트를 갖고, 각 출력포트에 대한 서비스 시간이 균등한 특성을 갖는 시간분할 역다중화 수단을 상기 스위치 네트워크의 다수의 입력포트와 연결되되, 상기 스위치 네트워크는, 그룹핑된 출력 포트의 주소 정보를 제공하는 출력그룹주소 발생수단과, 재순환 경로를 통해 재순환되어 입력되는 셀들과 새로이 입력되는 셀들을 입력받아 상기 출력그룹주소 발생수단으로부터 입력된 각 출력포트별 주소와 상기 각 포트별로 입력된 셀의 라우팅 태그에 설정된 목적지 주소가 동일한 경우 재순환된 셀을 우선으로 하여 출력 링크를 할당하고, 출력 링크를 할당받지 못한 셀들은 다수개의 우회링크를 통해 출력하는 라우팅수단과, 상기 다수개의 우회링크를 통해 상기 라우팅수단으로부터 입력된 셀들 중 재순환 경로 수 만큼의 셀들을 선별하여 재순환 링크를 통해 출력하는 재순환 경로설정수단, 및 상기 재순환 링크를 통해 상기 재순환 경로설정수단으로부터 재순환되는 셀을 입력받아 재순환되는 셀들과 상기 라우팅수단으로 새롭게 입력되는 셀들 간의 시간적 동기를 맞추어 상기 라우팅수단으로 재순환되는 셀들을 출력하는 동기화수단을 구비하여 입/출력 속도가 임의의 속도 V이상인 입/출력 링크에 대한 스위칭 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패킷 스위칭 장치를 이용한 확장 패킷 스위칭 시스템은, 단위 스위칭 기능을 수행하는 스위치 네트워크와, 상기 스위치 네트워크 다수개를 이용하여 다단 접속망으로 구성하고, 단간에 속한 상기 각 단위 스위치 간의 연결링크를 다수개로 구성하고, 전단에 속한 상기 단위 스위치의 다수개의 출력 링크에 대해 같은 주소를 할당하여 상기 다수개의 링크를 하나의 논리적 그룹으로 구성하고, 하나의 입력링크를 통해 상기 단위 스위치로 입력되는 복수개의 입력셀이 매 셀 전송시간 마다 상기 다수개로 구성된 출력링크 중 어느 곳으로도 출력이 되어 후단의 상기 단위 스위치로 입력되도록 구성되되, 상기 스위치 네트워크는, 그룹핑된 출력 포트의 주소 정보를 제공하는 출력그룹주소 발생수단과, 재순환 경로를 통해 재순환되어 입력되는 셀들과 새로이 입력되는 셀들을 입력받아 상기 출력그룹주소 발생수단으로부터 입력된 각 출력포트별 주소와 상기 각 포트별로 입력된 셀의 라우팅 태그에 설정된 목적지 주소가 동일한 경우 재순환된 셀을 우선으로 하여 출력 링크를 할당하고, 출력 링크를 할당받지 못한 셀들은 다수개의 우회링크를 통해 출력하는 라우팅수단과, 상기 다수개의 우회링크를 통해 상기 라우팅수단으로부터 입력된 셀들 중 재순환 경로 수 만큼의 셀들을 선별하여 재순환 링크를 통해 출력하는 재순환 경로설정수단, 및 상기 재순환 링크를 통해 상기 재순환 경로설정수단으로부터 재순환되는 셀을 입력받아 재순환되는 셀들과 상기 라우팅수단으로 새롭게 입력되는 셀들 간의 시간적 동기를 맞추어 상기 라우팅수단으로 재순환되는 셀들을 출력하는 동기화수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 멀티 채널/멀티캐스트 스위칭장치의 블럭 구성도를 나타낸다.

멀티 채널과 멀티캐스팅 기능을 동시에 제공하면서 높은 성능을 보장하기 위해서 본 발명은 멀티채널 스위칭과 멀티캐스트 스위칭 기능을 제공하는 라우팅네트워크(MMRN: Multi-channel/Multicast Routing Network)(2)와, 같은 출력포트에 대한 경쟁에서 탈락한 셀들 만을 대상으로 하여 그중 제한된 재순환 경로 수 만큼의 셀들만을 선별하는 기능을 제공하는 재순환 경로 집선 네트워크(RPCN: Re-circulation Path Concentration Network)(3)와, 상기 재순환 경로 집선 네트워크(RPCN)(3)를 통해 선별된 셀들을 다시 라우팅 네트워크의 입력으로 재순환시키기 위한 재순환 출력링크(4)와, 상기 재순환 출력링크를 통해 재순환되는 셀들과 라우팅 네트워크로 새로이 입력되는 셀들과의 시간적 동기를 제공하는 동기로직부(5), 및 그룹핑된 출력 포트의 주소 정보를 제공하는 출력 그룹 주소 발생부(OGAB: Output Group Address Broadcastor)(6)를 구비한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 대략적인 동작을 살펴보면 다음과 같다.

출력 그룹 주소 발생부(6)는 시스템 초기화시 또는 서비스 중에 시스템 제어부로 부터 입력받은 출력 포트 그룹핑 주소 정보를 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크(2)로 입력한다. 입력되는 주소 정보는 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크(2)내에서 입력되는 셀들의 목적지 출력 포트로의 라우팅 경로 결정을 위해 입력셀의 목적지 주소와 비교하는데 사용이 된다.

입력 링크(7)를 통해 입력되는 셀들과 재순환 입력링크(8)를 통해 입력되는 셀들은 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크(2)에서 자신의 해당 목적지 주소와 출력 그룹 주소 발생부(6)로부터의 출력포트 그룹핑 주소와의 비교 과정을 통해 출력링크(9)를 통한 출력 포트로의 경로 또는 우회 링크(10)를 통한 재순환 경로 집선 네트워크(3)로의 경로를 할당 받는다.

출력포트로의 경로를 할당받은 셀들은 바로 출력링크를 통해 출력이 되나, 우회 링크(10)로의 경로를 할당받은 셀들은 재순환 경로 집선 네트워크(3)로 입력되어 재순환 경로 집선 네트워크(3)에서 제한된 링크 숫자인 R개의 셀만이 선별되어 재순환 출력 링크(4)를 통해 동기로직부(5)로 입력되고, 동기로직부(5)는 재순환 출력 링크를 통해 입력된 셀이 새롭게 입력링크(7)를 통해 입력되는 셀들과 동기가 이루어 지도록 시간 차이를 조정하는 기능을 제공한다.

시간 차이가 조정된 재순환 셀들은 재순환 입력링크(8)를 경유하여 새롭게 스위칭 장치에 입력되는 셀들과 다시 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크(2)에 같이 입력되어 상기의 동작 과정을 반복하게 된다.

즉, 본 발명은 외부적으로는 N개의 입력 포트를 갖는 스위치이나, 내부적으로는 R개의 셀만큼에 해당하는 공유메모리(Shared Memory)의 특성을 갖는 스위치로 구성되어 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크(2)의 총 입력은 N+R=M이 된다.

이 M개의 셀들 중 최대 N개의 셀만이 출력포트로의 스위칭 경로가 제공되어 출력되고, 경로를 할당받지 못한 셀들은 우회 링크를 통해 재순환 경로 집선 네트워크(3)로 입력되어 이 중 R개의 셀만이 선별되어 동기화 과정을 거쳐 다시 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크(2)로 입력되고, 새롭게 입력되는 셀들과 다시 출력포트로의 경로 할당 경쟁을 갖게 된다.

도 2 는 본 발명에 따른 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크(2)는 M개의 입력 링크와 N개의 출력포트로의 출력 링크(9) 및 M개의 우회링크(Bypass Link)(10)를 입/출력 링크로 갖는다.

멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크(2)는 2x2의 동작 특성을 갖는 스위치 소자(11)로 구성된 크로스바(Crossbar) 네트워크 형태를 기본으로 하고 있다. 즉 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크(2)는 MXN개 만큼의 스위치 소자들로 구성되어 있다.

멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크에서의 멀티채널 및 멀티 캐스팅 스위칭 동작 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 출력포트 주소지 정보를 제공하는 출력그룹주소 발생부(6)는 총 N개의 그룹핑 주소지 정보(12)를 갖고 있으며, 시스템 요구사항에 따라 설정된 채널 그룹핑 정보를 제공한다.

도 2 에서는 출력포트 1이 3개의 물리적 링크로 구성되어 있음을 예로서 보이고 있다. 즉 입력셀들 중 출력지 주소가 1인 셀들은 최대 3개까지 동시에 경로를 제공할 수 있음을 의미한다. 여기서 하나의 출력지 주소에 대한 그룹핑 링크의 갯수 G의 조건은 1≤Gi≤N이고, 각 Gi(단 1≤i≤N)의 합은 N을 초과할 수 없다. 즉, 하나의 논리적 출력 링크는 물리적으로는 1부터 N개의 물리적 링크로 구성된다.

이 같은 출력포트 채널 그룹핑 주소 정보는 각 열(Column)별로 구성되어 있는 주소전달 경로(13)를 통해 같은 열내의 모든 스위치 소자로 전달된다.

도 2 에서 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크(2)내의 첫번째 열은 출력 포트 주소 0에 대한 정보를 입력받게 되며, 두번째 열부터 네번째 열까지는 출력 포트 주소 1에 대한 정보를 입력받고, 다섯번째 열은 출력포트 주소 3에 대한 정보를 입력받는다.

M개의 입력링크를 통해 입력되는 입력셀(14)은 53바이트의 AMT셀 앞단에 라우팅 태그(Routing Tag)영역이 추가된 형태로 입력이 되며, 이 라우팅 태그는 멀티 캐스팅을 위해 복수개의 출력포트 주소지 정보를 포함한다. 복수개의 출력포트를 제한된 비트수를 갖는 라우팅 태그내에 표현하기 위해서 출력포트 별로 비트를 하나씩 할당하는 비트 어드레싱(Bit Addressing) 방식을 사용한다.

그 예로서 스위치 크기가 8x8일 때, 출력포트 0, 1, 4가 요구되는 셀의 라우팅 테그는 10011로 표현할 수 있다. 예에서 맨 좌측 비트가 포트 7에 대한 비트이고, 우측으로의 순서에 따라 포트 0에 대한 비트까지를 나타내었다.

이 라우팅 태그내 정보는 각 스위치 소자에서 출력 그룹 주소 발생부(6)로 부터의 출력포트 그룹핑 주소지 정보와 자신의 주소지 정보가 일치하는가를 비교받게 된다. 만약 정보가 일치하고 같은 열 내에 속한 윗단의 스위치 소자가 이미 출력 포트로의 연결 설정이 이루어져 있지 않다면 입력셀은 출력 포트로의 연결 설정이 이루어 진다. 즉, 같은 열내에서는 오직 하나의 스위치 소자만이 출력포트로의 연결 설정이 이루어진다. 또한, 연결 설정이 이루어진 셀은 해당 출력 포트에 대한 주소지 정보를 라우팅 태그에서 삭제함으로써 같은 행(Row)내에 하나의 그룹으로 그룹핑된 다른 출력포트로 중복되어 라우팅이 발생 되지않도록 한다.

이와 같이 같은 행내에서의 라우팅 태그 변환 과정을 거쳐 행의 끝으로 최종 출력되는 셀(15)은 다음번 셀 전송 시간에 출력되어야 하는 목적지 주소 정보만을 갖는 라우팅 태그로 변환이 된다. 라우팅 태그의 정보 변환 과정을 도 3 을 통해 설명한다.

도 3 의 예에서 입력 포트 0를 통해 입력되는 셀은 목적지 출력포트 주소가 0과 1로서 멀티캐스팅을 요구하고 있으며, 입력포트 1의 셀은 출력포트 1로 만의 라우팅이 요구되는 셀이고, 입력포트 2로 부터의 셀은 0과 3을 출력포트 주소지로 갖고 있다.

첫번째 행, 첫번째 열의 스위치 소자는 주소 비교 과정을 거쳐 입력포트 0으로 부터의 셀에 대해 출력포트 0으로의 경로를 제공하고, 라우팅 태그에서 출력포트 0에 대한 정보를 삭제하여 출력포트 1에 대한 정보만을 같은 행내의 다음 스위치 소자로 전달한다.

첫번째 행, 두번째 열의 스위치 소자는 출력포트 1에 대한 경로를 설정함과 동시에 라우팅 태그에서 출력포트 1에 대한 정보를 삭제함으로서 입력셀의 라우팅 태그는 더 이상 원하는 출력포트가 없는 상태 즉, 널(Null) 라우팅 태그 정보를 갖는 셀(Unassigned Cell)로 변환이 된다.

두번째 행, 첫 번째 열에 속하는 스위치 소자는 출력 그룹 주소 발생부(6)로 부터의 그룹핑 주소지 정보(12)와 라우팅 태그의 주소가 같지 않으므로 연결 설정이 안되고, 라우팅 태그의 변환도 없는 상태에서 같은 행 내의 두번째 열 스위치 소자로 라우팅 태그 정보를 전달한다.

두번째 행, 두번째 열 스위치 소자는 주소지 정보가 일치하여 경로를 제공할 수는 있으나, 같은 열 내의 상단 스위치 소자가 이미 경로를 설정한 상태이므로 경로 설정이 이루어지지 않고, 라우팅 태그의 변환도 이루어지지 않는다.

두번째 행, 세번째 열에 속하는 스위치 소자는 상단 스위치 소자에서 경로 설정이 없고, 주소지 정보가 일치하므로 경로를 설정함과 동시에 라우팅 태그의 정보를 변환하여 더 이상 출력되고자 하는 포트가 없도록 라우팅 태그를 널(Null) 상태로 만들어 다음 스위치 소자로 전달한다. 같은 행내의 나머지 스위치 소자들은 입력되는 라우팅 태그가 유효한 출력지 주소를 갖고 있지 않으므로 연결 설정이 발생되지 않는다.

입력 포트 2로 부터의 셀은 출력포트 0에 대한 경로가 이미 첫 번째 열의 상단에서 설정이 되어 있고, 더 이상 출력포트 0으로 구룹핑 된 채널이 존재하지 않으므로 출력포트 3에 대한 경로만을 할당받은 상태에서 라우팅 태그는 출력포트 0에 대한 정보만이 남은채 행의 최종단으로 출력이 된다.

도 4 는 상기와 같은 경로 설정 및 라우팅 태그 변환을 위해 구성되는 스위치 소자의 입출력 신호 관계를 나타내며, 도 5 는 입출력 신호에 대한 동작 과정을 흐름도로서 표현한 것이다. 도 4 에서 각 신호별 내용은 다음과 같다.

다중채널 출력그룹 번호의 입력(16)은 출력그룹주소 발생부(6)로 부터 입력되는 출력포트 구룹핑 주소 정보로서, 스위칭 시스템에서 요구되는 동작 속도에 따라 다수의 비트 군으로 구성되어 병렬 처리할 수 있다.

다중채널 출력그룹 번호의 출력(17)은 다중채널 출력그룹 번호의 입력(16)이 스위치 소자를 통해 다음 스위치 소자로 전달되는 정보로서, 내용은 다중채널 출력그룹 번호의 입력(16)과 동일하다.

요청그룹 번호의 입력(18)은 스위치 소자로 입력되는 라우팅 태그 정보로서, 스위칭 시스템에서 요구되는 동작 속도에 따라 다수의 비트 군으로 구성되어 병렬 처리할 수 있다.

요청그룹 번호의 출력(19)은 스위치 소자에서의 경로 할당 여부에 따라 요청그룹 수의 입력(18)이 변환된 정보이다.

경로설정상태 입력(20)은 같은 열내에 속한 상단 스위치 소자의 경로 설정 상태 정보이다.

경로설정상태 출력(21)은 해당 스위치 소자의 경로 설정 상태 정보로서, 하단의 스위치 소자에 경로설정상태 입력으로 제공된다.

연결 지시자(22)는 경로 설정에 대한 비교 작업이 완료된 후, 최종적으로 스위치 소자의 경로 설정 여부를 나타내는 신호로서, 입력셀의 데이타 경로의 제공을 위한 인에이블 신호로 사용된다.

도 5 는 경로 설정을 위하여 각 스위치 소자에서 입력 신호의 상태에 따라 수행되는 기능 동작을 나타내는 흐름도이다.

도 5 에 나타낸 경로 설정을 위한 각 스위치 소자의 비교 동작은 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크내의 모든 스위치 소자가 비교 작업이 완료될 때까지 반복 수행되는 것으로서, 플립플롭(Flip Flop)과 같은 동기회로 없이 단순 게이트 로직 만으로 구성된다.

즉, 경로설정상태 입력(20)과 출력 신호(21)는 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크내의 모든 스위치 소자가 경로 설정이 완료될 때까지 계속 변환될 수 있으며, 모든 비교 동작이 완료될 수 있는 충분한 시간 후에는 더 이상의 상태 변환이 없게 되며, 이 상태까지의 시간을 경로 설정 시간이라 한다.

경로 설정 시간 t가 지난 후의 연결 지시자(22)는 최종적인 각 스위치 소자의 설정 상태로서 이 신호를 이용하여 입력셀의 데이타 전달 경로에 대한 제공 회로를 동작시키게 된다.

이러한 동작 특성에 따라 같은 출력포트를 두고 경쟁하는데 있어서의 우선 순위는 네트워크의 입력 순서 즉, 입력 포트 0를 통해 입력되는 셀이 가장 높은 우선 순위를 갖으며, 포트 순서 번호에 따라 우선순위가 낮아지게 되어 결과적으로 포트 M-1번째를 통해 입력되는 셀이 가장 낮은 우선 순위를 갖게 된다.

이 같은 현상은 포트들 간의 공정성에 문제가 있는 것으로 인식될 수 있으나, 같은 링크에 속한 셀들 또는 하나의 가상 연결 구간에 속하나 여러 입력 링크에 분산되어 입력되는 셀들간의 순서보존을 유지하는데 있어 중요한 기능 요소가 된다. 전체 스위칭 장치에서 셀의 순서가 유지되는 동작 과정은 후술하는 도 9 를 통해 설명한다.

상기와 같은 경로 설정 작업이 완료되면 같은 행내의 스위치 소자 중에는 출력 포트로 연결이 되는 것은 최대 1개만이 되고, 이렇게 설정된 경로 즉, 도 2 의 출력링크(9)를 통해 셀이 완전히 목적지 출력 포트로 전달이 된다.

이상의 동작 설명과 같이 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크는 내부적으로 블럭킹이 없는(Non-Blocking) 특성을 갖고 있으며, 멀티 채널과 멀티캐스팅 기능이 하나의 망에서 동시에 제공되어 스위치의 셀 처리율을 극대화할 수 있으며, 멀티캐스팅이 동시에 제공되므로 기존의 스위치 장치들과는 달리 복사 네트워크와 라우팅 네트워크 사이에 복잡한 경로 설정 관리 테이블(Connection Path Management Table)이 필요치 않다. 또한, 크로스바 망을 기본 형태로 사용함으로서 기능을 집적화화 할 경우 스위치 소자가 단순하고, 칩 내부의 물리적 패턴이 단순하여 칩의 크기를 축소시킬 수 있으며, 레이아웃(layout)을 보다 용이하게 할 수 있으므로 궁극적으로는 칩의 구현이 쉬울 뿐만 아니라 경제적으로 칩을 구현할 수 있다.

도 6 은 본 발명에 따른 재순환 경로 집선 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

재순환 경로 집선 네트워크는 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크에서의 경로 설정 과정에서 경로를 제공받지 못하여 우회 링크(10)로 전달되는 셀들 중 재순환 경로 수인 R개 만큼의 셀만을 선택하여 재순환 링크를 통해 다시 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크의 입력으로 전송하는 기능을 수행한다.

재순환 경로 집선 네트워크는 크게 M개의 입력과 R개의 재순환 출력링크(4)로 구성되어 있으며, 기능 블록으로서는 할당셀 플래그 발생기(ACFG: Assigned Cell Flag Generator)(23)와 재순환 경로 비교기(RPC: Re-circulation Path Comparator)(24)로 구성되어 있다.

할당셀 플래그 발생기(ACFG)(23)는 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크에서의 라우팅 태그 변환 과정을 통해 우회링크(10)상으로 전송되어온 라우팅 태그를 검사하여 라우팅 태그 내에 목적지 출력포트 주소가 있는가를 조사한다.

만약, 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크에서 이미 출력포트로의 경로가 할당된 상태라면 라우팅 태그는 널(Null) 주소 정보를 갖고 있고, 그렇지 않다면 다음번 셀 전송 시간에 출력되고자 하는 목적지 주소가 태그 내에 잔재하게 되므로 할당셀 플래그 발생기(23)는 단지 태그 내의 정보가 널(Null) 상태인가를 조사하여 널(Null) 상태이면 플래그(Flag)(29)를 '0'상태로 만들고, 목적지 주소가 있다면 플래그를 '1'상태로 만드는 기능을 수행한다.

재순환 경로 비교기(RPC)(24)는 할당셀 플래그 발생기(23)로부터 만들어진 플래그(29)만을 이용하여 플랙그(29)가 '1'인 셀들 중 R개만을 선택하여 재순환 출력링크(4)로의 경로를 할당하는 기능을 수행하며, RxN 만큼의 2x2 스위치 소자로 구성되어 있다.

재순환 경로 비교기(24)에서의 재순환 경로 할당 과정을 도 6 에 나타난 예를 통해 설명하면 다음과 같다.

우회링크(10)를 통해 할당셀 플래그 발생기(23)에 입력되는 라우팅 태그의 정보 형태는 (25)와 같다. 우회된 라우팅 태그(25) 상태에 따라 할당셀 플래그 발생기(23)는 라우팅 태그가 널(Null) 상태이면 '0', 그렇지 않으면 '1'로 플래그(29)의 상태를 표시한다.

재순환 경로 비교기(24)의 각 열은 상태가 '0'인 비교 초기치(26)를 상태링크(27)를 통해 입력받는다. 재순환 경로 비교기(24)내의 각 스위치 소자는 할당셀 플래그 발생기(23)로 부터의 플래그(29) 정보와 같은 열의 바로 위에 위치한 스위치 소자로 부터의 경로설정 상태 정보를 이용하여 해당 셀의 재순환 링크로의 경로 할당을 결정한다.

예로서 우회링크 1로 부터의 플래그(29)는 그 값이 '0'이므로 이미 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크에서 필요한 출력포트로의 경로를 전부 할당받은 상태이므로 재순환 경로 비교기(24)에서는 재순환 경로가 할당되지 않는다.

우회링크 2로 부터의 플래그(29)는 상태가 '1'이므로 재순환 링크 '0'으로의 경로를 설정함과 아울러 플래그(29)의 상태를 '0'으로 변환시켜 같은 행내에서 중복되어 재순환 경로가 설정되는 것을 방지한다.

우회링크 5로 부터의 셀은 첫번째 열의 위에서 이미 궤환 경로 설정이 되어 있으므로 두번째 열에서 우회 경로를 할당 받는다. 이와 같은 방식으로 모든 입력에 대해 첫번째 열부터 시작하여 R번째 열까지 셀의 재순환 경로를 할당할 수 있으며, 만약 플래그가 1인 셀이 R개 이상 존재하게 되면 그 중 R개만이 재순환되고, 나머지는 재순환 경로 비교기(24)내에서 손실(Drop) 처리된다.

예로서 도 6 의 우회링크 M-1번째를 통해 입력되는 셀은 재순환 경로 비교기(24)내에서 손실 처리된다. 즉, 셀 손실이 일어나는 것으로서 시스템에서 요구되는 셀 손실치가 높은 경우는 R값을 축소시켜 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크 및 재순환 경로 집선 네트워크의 하드웨어를 축소시키면 되고, 반대로 셀 손실치가 낮을 경우는 R값을 증가시키는 구조를 갖어야 한다. 즉, R값은 논리적으로는 공유메모리 형태의 기능을 수행하므로 셀 손실치는 바로 이 R값에 좌우되어 조절된다. 또한 중요한 특성은 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크의 첫번째 행을 통한 입력 셀들은 다른 셀들에 비하여 최우선 순위를 가지므로 항상 첫번째 행을 통한 입력 셀은 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크에서 모든 경로를 할당 받는다.

따라서, 재순환 경로 집선 네트워크에서는 첫번째 행에 대한 스위치 소자의 구성은 필요치 않다.

도 6 의 재순환 경로 집선 네트워크를 구성하는 2x2 스위치 소자(28)는 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크의 기능과 거의 유사하나 보다 간략화된 상태를 갖는다. 재순환 경로 집선 네트워크의 스위치 소자(28)의 입출력 신호의 구성 및 동작 특성은 도 7 과 도 8 의 흐름도를 통해 설명한다.

도 7 에서 신호의 구성은 다음과 같다.

경로설정상태 입력(30)은 같은 행 내의 바로 위 스위치 소자의 경로설정 상태를 나타내며, '1'이면 경로가 설정된 상태를 나타낸다.

경로설정상태 출력(31)은 경로설정상태 입력(30)과 자신의 경로 설정 상태를 바탕으로 바로 아래 같은 열내의 스위치 소자로 송출되는 경로설정상태를 나타내며, '0'이면 아직까지는 상단의 스위치 소자에서 경로설정이 없었음을 나타낸다.

할당셀 플래그 입력(32)은 셀의 라우팅 태그 상태를 나타내는 플래그(29)로서, 첫번째 열의 스위치 소자들은 할당셀 플래그 발생기로 부터 입력을 받으며 그 다음 스위치 소자들은 바로 좌측 스위치 소자로 부터 입력받는다. 각 스위치 소자는 이 플래그를 조사하여 '1'이면 경로 설정을 시도하게 되고, 만약 '0'이면 아무런 동작을 하지 않고 그 값을 자신의 우측 스위치 소자로 전달한다. 만약 경로설정이 이루어 졌다면 스위치 소자는 이 플래그값을 '0'으로 변환시켜 더 이상 같은 열 내의 스위치 소자에서 경로설정이 없도록 한다.

할당셀 플래그 출력(33)은 스위치 소자의 경로 설정 상태를 바로 우측 스위치 소자에 전달하는 신호로서, 입력되는 할당셀 플래그가 '0'이면 그대로 우측 스위치 소자로 전달하고, '1'이면 자신의 경로 설정 상태에 따라 값을 변화시켜 우측으로 전달한다.

연결 지시자(34)는 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크에서의 연결 지시자와 같이 재순환 경로 집선망내의 모든 스위치 소자의 경로설정 동작이 완료된 다음 최종적으로 마지막 상태를 나타내는 신호로서, 이 신호를 이용하여 재순환 경로 집선망에서의 셀의 전달 경로를 최종적으로 제공한다.

도 8 은 상기의 입력신호들의 상태에 따른 스위치 소자의 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 이 동작은 재순환 경로 집선 네트워크내의 모든 스위치 소자들의 경로 설정이 완료될 때까지 계속 반복 수행이 된다. 즉, 재순환 경로 집선 네트워크내의 스위치 소자도 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크의 스위치 소자와 같이 동기화 로직(플립플롭 등) 구성이 아닌 단순 게이트 로직만으로 구성된다.

멀티채널 스위칭 기능을 제공하는데 있어 무엇보다 중요시 되는 것이 다수의 입력 링크로 분산되어 입력되는 하나의 가상연결(Virtual Connection)에 속한 셀들간의 순서 유지(Sequence Integrity)와 하나의 링크를 통해 입력되는 셀들간의 순서 유지이다.

특히, 스위치 구조가 재순환 경로를 갖고 있을 경우는 재순환 경로를 통한 셀이 입력 링크를 통해 새로이 입력되는 셀들보다 전송 순서가 앞서므로 셀 순서 유지를 위해서는 재순환 경로를 통하는 셀들에 경로 제공에 있어 우선순위가 제공되어야 한다. 본 발명의 스위치 구조는 상기의 모든 셀 순서유지를 위한 조건을 만족시키고 있으며, 그 동작의 예를 들어 도 9 를 통해 설명한다.

도 9 에서는 5개의 입력링크를 통해 입력되는 셀들의 출력링크 3개가 하나의 그룹(39)으로 되어 있는 경우의 입력 셀들간 라우팅에 있어서의 셀순서 유지를 나타내고 있다.

첫번째 셀 시간에 각각의 링크를 통해 a1, b1, d1셀이 입력되고, 그다음 셀 시간에 a2, b2, c1, d2, e1셀이 입력되고 있다. 이와 같은 순서로 각 링크는 매 셀 시간마다 셀이 존재하는 경우와 그렇지 않은 경우가 있으며, 도 9 의 예에는 여섯번째 셀 시간 까지 셀이 입력되고 있는 순서를 나타내고 있다.

스위칭 장치내의 멀티채널/멀티캐스트 라우팅 네트워크와 재순환 경로 집선 네트워크는 경로 할당에 있어 같은 목적지 주소 또는 잔여 재순환 경로에 대해 상단 행(Row)을 통해 입력되는 셀이 하단 행을 통해 입력되는 셀에 비해 경로 할당에 있어 우선순위를 갖고 있다.

도 9 에서 입력되는 셀들의 시간적 입력 셀 형태(36)는 그림과 같으며, 첫번째 셀 시간에 입력되는 셀들(a1, b1, d1)은 모두 같은 셀 시간에 출력포트로의 경로를 할당 받아 출력이 되고, 입력에 있어 상단부터 하단으로의 순서에 따라 출력포트는 좌측부터 우측으로 할당되어 출력이 된다.

두번째 셀 시간에는 입력되는 셀이 다섯 개이고, 출력포트의 구룹은 세 개이므로 다섯 개의 입력중 상단부터 3개의 셀(a2, b2, c1)만이 경로를 할당받고, 나머지 두 개의 셀(d2, e1)은 재순환 경로 집선 네트워크를 통해 재순환된다.

세번째 셀 시간에는 재순환되어온 d2, e1과 새로이 입력되는 b3, c2가 3개의 출력포트에 대해 경쟁을 하게되며, 재순환 경로를 통한 셀이 새로이 입력되는 셀보다 우선순위가 높으므로 출력포트로의 경로는 d2, e1, b3만이 할당을 받고, c2는 재순환된다. 따라서, 네번째 셀시간에는 c2와 새로이 입력된 c3만 있으므로 두 개의 셀이 모두 출력된다.

이상과 같은 동작을 통해 출력되는 셀들의 포트별 시간 순서는 도 9 의 출력 셀 형태(37)와 같으며, 재순환 경로를 통하는 셀들의 시간적 순서는 (38)과 같다. 순서를 보면 입력 링크별 셀 순서, 각 링크별 셀 순서가 그대로 유지되고 있음을 알 수 있다. 따라서, 만약 출력포트 세 개를 다중화하여 보다 고속의 출력링크(41)를 지원하는 시스템으로 구성을 원한다면 단순 시간분할 다중화기(40)를 추가하여 스위치 출력 포트의 맨 좌측부터 우측으로 하나씩 순차적으로 다중화시켜 출력하도록 하면 된다. 이러한 다중화 기능을 통하여 최종적으로 출력되는 셀의 형태는 (42)와 같고 이를 통해 셀의 순서가 계속 유지되고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 스위치 구조는 멀티채널 스위칭 기능을 제공함으로 슈퍼 레이트(Super-Rate)과 멀티 레이트(Multi-Rate) 스위칭 기능을 제공 할 수 있다. 즉, 스위치 망 각 포트의 기본 속도가 v인 경우 하나의 채널 그룹에 속한 포트 수에 따라 nxV의 속도가 요구되는 시스템 입출력 링크를 수용할 수 있으며(슈퍼 레이트 스위칭 기능), 각기 다른 속도가 요구되는 입출력 링크들(예로서, 155Mbps, 622Mbps, 2.5Gbps 등)을 하나의 스위치 네트워크로 지원할 수 있다(Multi-Rate스위칭 기능).

이와 같은 기능을 이용하여 도 10 에 나타낸 바와 같이 시스템의 각 입력 및 출력이 각기 다른 속도를 갖는 멀티채널 스위칭 기능과 스위치 네트워크의 기본 속도에 임의의 배수가 되는 입출력 링크도 수용할 수 있는 슈퍼 레이트 스위칭 기능을 제공한다.

도 10 에서 nxV의 출력 속도를 갖는 다중화기(47) 및 그의 역다중화기(43), mxV의 출력속도를 갖는 다중화기(44) 및 그의 역다중화기(46)와 기본 속도를 갖는 입출력 링크(45)등이 하나의 스위치 네트워크를 통해 수용되는 형태를 보이고 있다.

역다중화기는 앞서 도 9 에서의 다중화기(39)의 동작과 반대되는 기능을 수행하는 장치로서 시간분할 역다중화기(Time Division Demultiplexor)의 기능을 수행한다.

도 11 은 다중화기(48)와 역다중화기(49)의 시간분할에 따른 다중화 동작과 역다중화 동작을 보이고 있다. 여기서 중요한 것은 각 입력 링크에 대해 공평하게 다중화와 역다중화 기회를 제공한다는 것으로서, 셀이 없는 경우라도 할당된 서비스 시간을 제공한다는 것이다. 이와 같은 동작 특성은 시간에 따른 셀 입력 순서를 유지함과 아울러 여러 링크로 분산되어 입력되는 하나의 가상연결에 속한 셀들간의 순서를 보존하기 위함이다.

통상 대용량의 스위치 구조는 입출력이 비교적 소규모인 단위 스위치를 다단(Milti-stage)으로 구성하는 방식을 사용한다. 다단으로 구성하는 방식은 다단망(Multi-stage Interconnectin Network) 형태에 따라 여러 가지가 있을 수 있으며, 그 예로서는 반얀(Banyan) 형태의 다단망, 베네스(Benes) 형태의 다단망, 클로스(Clos) 형태의 다단망 등 많은 다단망 형태가 있으며, 각 형태 별로도 요구되는 셀 손실치 또는 구현이 용이성을 고려하여 조금씩 변형된 다단망 형태가 사용된다.

또한, 다단망을 구성하는데 있어 하나의 단위 스위치와 그 다음 단에 속한 단위 스위치와는 보통 복수개의 링크로 서로 연결이 되어 있다. 본 발명의 주안점 중의 하나는 바로 이러한 단간의 복수개의 링크를 하나의 논리적 그룹으로 간주하여 스위치의 성능을 배가 시키고자 하는 것으로서, 스위치의 확장 방식에 멀티채널 스위칭 기능을 적용시킨 것이다.

도 12 는 그 예로서 다단망 중 가장 일반적이라 할 수 있는 클로스(Clos) 망 형태의 확장 스위치 구조를 나타낸다.

물론 클로스(Clos) 망 형태가 아닌 반얀(Banyan), 플립(Flip), 오메가(Omega) 등 기타 다단망 형태를 갖는 확장 스위치 구조에도 본 방식은 모두 적용된다.

도 12 의 예에서 각 단별 단위 스위치의 용량은 다음과 같다.

첫번째 단의 단위 스위치는 a x (c x j), 두번째 단의 단위 스위치는 (c x h) x (d x k), 세번째 단의 단위 스위치는 (d x j) x b를 갖는다.

따라서, 전체 단위 스위치 용량은 (a x h) x (b x k)의 용량을 갖고 있다. 첫 번째 단의 단위 스위치(50)들의 출력링크는 c개 단위로 그룹핑되어 있으며, 각 c개의 출력링크 그룹은 각각 두번째 단의 단위 스위치(51) 각각과 연결이 되어 있다.

또한, 두번째 단의 단위 스위치(51)들의 출력링크는 d개 단위로 그룹핑되어 있으며, 각 그룹핑된 출력링크는 세번째 단의 단위 스위치(52)들과 각각 연결되어 있다.

본 발명에서의 중요 사항 중 하나가 바로 상기와 같이 단간의 연결에 있어서, 채널 그룹핑을 통한 멀티채널 스위칭 기능을 이용하는 것이다.

만약, 스위치 구조가 도 12 와 같으나 단간의 연결을 단일 채널 스위칭에 의해 구성한다면, 시스템의 연결 설정을 관리하는 제어부는 연결 설정 요구시 마다 최적의 경로(즉, 대역폭이 제공 가능한 경로)를 찾기 위해서 첫번째 단의 입력 단위 스위치는 c x j개의 링크에 대해 대역폭(Bandwidth)을 검사하여야 하고, 각각의 가능한 링크와 연결되어 있는 두번째 단의 단위 스위치 마다 d만큼의 링크에 대해 대역폭을 조사하여야 하므로 전체적으로 본다면 (c x j) x (d x j)회 만큼의 대역폭 조사가 이루어져야 한다. 즉, 시스템 제어부는 하나의 연결 설정을 위해 상당히 많은 횟수의 대역폭 조사를 하여야 하고, 그 만큼 대역폭 관리를 위한 테이블의 크기도 클 뿐만 아니라 관리 방법도 복잡해 진다.

그러나, 단간의 복수개의 링크를 하나의 그룹으로 처리하게 되면, 첫번째 단의 단위 스위치는 단지 j개의 각 그룹별 총 대역폭만을 조사하면 되고, 두번째 단의 각 단위 스위치는 해당 목적지 단위 스위치(즉, 세번째 단의 단위 스위치)와 연결 되어 있는 그룹채널(d개의 채널이 하나의 그룹으로 처리 되어 있는)의 총 대역폭만을 조사하면 된다. 결국 첫번째 단과 두번째 단에 대해서 총 j x k번 만큼의 대역폭 조사만이 필요하다.

따라서, 시스템 제어부의 속도를 배가 시킬 수 있을 뿐만 아니라 관리 되어야 하는 테이블의 크기도 축소되어 시스템을 보다 경제적으로 구현할 수 있다.

일반적으로 ATM 트래픽은 그 속성상 셀의 군집성(Burstness)이 높으므로 평균 트래픽은 적다 하여도 순간 트래픽(Peak Rate Traffic)은 높아서 하나의 링크에 속한 연결들의 순간 트래픽 양은 링크가 제공할 수 있는 대역폭을 일시적으로 넘어서게 되고, 이것이 바로 셀 손실을 일으키는 중요 요인이 된다.

따라서, 멀티채널의 경우는 그룹에 속한 전체 링크의 총 대역폭을 모두 사용할 수 있으므로 그 만큼 트래픽 변동에 따른 대역폭 여유분을 더 갖게 되어 셀 손실 특성을 보다 향상시킬 수 있다.

이러한 과정에서 중요시 되는 것은 셀 순서의 유지로서 본 발명을 통해 제시한 스위치를 확장 망의 단위 스위치로 사용할 경우는 단간의 멀티채널 스위칭 시에도 셀의 순서 유지가 될 수 있으므로 비록 하나의 연결에 속한 셀들이 같은 채널 그룹내에서 각기 다른 링크를 경유한다 하여도 최종 출력 포트에서의 셀 순서는 입력시와 동일하게 유지되고, 다만 단위 스위치 네트워크내의 재순환 경로로 인한 셀 간의 시간차 만이 달라지게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 다음과 같은 특유한 효과를 갖는다.

첫째, 스위치 동작이 멀티채널 스위칭 기능을 가지므로서 하나의 스위치 망을 이용하여 스위치 포트의 기본 속도 v의 n배수가 되는 입출력 링크를 효과적으로 수용할 수 있고, 배수 n을 1부터 총 스위치 크기 N까지 동적으로 할당할 수 있으므로 각기 다른 속도를 갖는 입출력 링크들을 동시에 하나의 스위칭 시스템에 수용할 수 있어 시스템이 제공할 수 있는 서비스들을 다양화 시킬 수 있다.

둘째, 멀티 채널 스위칭은 출력버퍼 형태의 동작 특성을 갖고 있으므로 요구되는 셀 손실치가 다른 포트에 비해 매우 낮은 입출력 링크에 대해서 복수개의 스위치 포트를 그룹으로 제공함으로써, 시스템 차원의 다른 기능의 지원(트래픽 흐름 제어와 같은) 없이도 요구되는 셀 손실 성능을 만족시킬 수 있다.

세째, 셀의 복사와 라우팅을 하나의 네트워크를 통해 동시에 처리함으로써, 라우팅 네트워크(Routing Network)와 복사 네트워크(Copy Network)가 분리되어 있는 경우와 같이 두 망 사이에 존재하여야 하는 경로 설정을 위한 테이블의 구성이 필요 없게 되어 시스템 구현 경비가 절감될 뿐만 아니라 시스템 제어 소프트웨어의 제어 동작도 매우 간단해 지는 특성을 제공하게 된다.

네째, 종래의 멀티 채널 스위치들의 문제점인 셀 순서의 유지를 스위치 네트워크 자체 내에서 제공함으로써, 서비스 종단간에 요구되는 셀 순서 보존을 위한 복잡한 제어 동작이 배제되어 종단 시스템의 구성이 용이하고, 셀의 유료부하(Payload)에 셀 순서 보존을 위한 정보 요소가 필요없게 되어 단위 시간당 전송할 수 있는 정보 량을 최대화 할 수 있다.

다섯째, 멀티 채널 스위칭 동작과 셀 순서 보존 특성을 갖는 단위 스위치를 이용하여 다단망 형태의 확장 스위치 구조를 제공할 수 있으며, 이때 단간에 연결되어 있는 링크들을 하나의 그룹 단위로 간주함으로써, 대역폭 관리가 용이하고, 제공 가능한 총 대역폭을 모두 사용함으로써, 트래픽의 버스트 특성을 효과적으로 수용함과 아울러 셀 처리 능력을 극대화 시킬 수 있다.

여섯째, 스위치의 구성을 2X2 단순 스위치 소자와 크로스바(Crossbar) 형태의 망을 기본 구조로 사용함으로써, 스위치의 집적화시 소자 내에서 요구되는 패턴의 라우팅이 열(Column)과 행(Row)만으로 구성이 가능하므로 집적소자내의 패턴 라우팅이 단순한 구조를 갖게 되어 소자 개발이 보다 용이해 진다.

Claims

그룹핑된 출력 포트의 주소 정보를 제공하는 출력그룹주소 발생수단;

재순환 경로를 통해 재순환되어 입력되는 셀들과 새로이 입력되는 셀들을 입력받아 상기 출력그룹주소 발생수단으로부터 입력된 각 출력포트별 주소와 상기 각 포트별로 입력된 셀의 라우팅 태그에 설정된 목적지 주소가 동일한 경우 재순환된 셀을 우선으로 하여 출력 링크를 할당하고, 출력 링크를 할당받지 못한 셀들은 다수개의 우회링크를 통해 출력하는 라우팅수단;

상기 다수개의 우회링크를 통해 상기 라우팅수단으로부터 입력된 셀들 중 재순환 경로 수 만큼의 셀들을 선별하여 재순환 링크를 통해 출력하는 재순환 경로설정수단; 및

상기 재순환 링크를 통해 상기 재순환 경로설정수단으로부터 재순환되는 셀을 입력받아 재순환되는 셀들과 상기 라우팅수단으로 새롭게 입력되는 셀들 간의 시간적 동기를 맞추어 상기 라우팅수단으로 재순환되는 셀들을 출력하는 동기화수단을 구비한 패킷 스위칭장치.
제 1 항에 있어서,

상기 출력그룹주소 발생수단은,

스위치의 출력포트수가 임의의 자연수 N 개인 경우 상기 N 개의 주소 송출 로직을 구비하며, 상기 각 주소 송출 로직으로부터 송출되는 출력포트 주소는 상기 N개의 비트로 구성되어 각 비트가 각각의 출력포트와 연관을 갖는 비트 어드레싱 수단을 사용하고, 상기 N개의 주소 송출로직은 동일한 목적지 주소정보를 동시에 1개에서 N개까지 송출할 수 있고, 상기 각 주소송출로직의 주소정보는 시스템에서 요구되는 출력포트 구성에 따라 동적으로 임의의 주소 정보로 변환되도록 구성된 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 라우팅수단은,

동시에 다수의 목적지 주소 정보를 갖을 수 있는 입력된 셀의 목적지 주소를 상기 출력그룹 주소 발생수단으로 부터 송출되는 출력포트 주소들과 비교하여 주소가 동일한 다수개의 출력포트로 하나의 입력셀을 동시에 출력하는 멀티캐스팅 기능과,

상기 출력그룹 주소 발생수단으로부터 송출되는 주소 정보중 같은 주소정보가 임의의 자연수 m개인 경우 입력되는 셀 중 같은 목적지 주소 정보를 갖는 셀들중 최대 m개가지 동시에 출력하는 멀티채널 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭 장치.
제 1 항 또는 제 3 에 있어서,

상기 라우팅수단은,

다수개의 스위칭소자를 이용하여 크로스바 망으로 구성하되, 각 행, 각 열의 다수개의 스위칭소자는 각 행과 접속되어 있는 다수의 입력포트로부터 셀을 입력받고, 각 열과 접속되어 있는 상기 출력그룹주소 발생수단으로부터 입력된 각 출력포트별 주소를 각 입력셀의 목적지 주소와 비교하여 주소가 동일하고, 윗 행의 스위칭소자에서 출력 링크가 이미 할당되지 않은 상태라면 입력셀에 대해서 출력 링크를 할당한 후, 입력 셀에 부가된 라우팅 태그의 목적지 주소에서 할당받은 출력링크에 해당하는 목적지 주소를 수정하여 할당된 출력링크를 통해 출력포트로 셀을 출력함과 동시에 우회링크로 출력하고, 상기 우회링크로 출력되는 셀은 목적하는 다수의 출력포트에 대해 모두 출력링크를 할당 받으면 목적지 주소를 널(Null) 값으로 하고, 다수의 출력포트 중 출력링크를 할당받지 못한 출력포트가 잔여하면 잔여 출력포트에 대한 목적지 주소 정보만을 갖도록 변형되어 우회링크로 송출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭장치.
제 4 항에 있어서,

상기 스위칭소자는,

상기 출력그룹주소 발생수단으로부터 출력포트 주소를 입력받아 윗 행의 상기 스위칭소자에서 경로가 설정되지 않고, 입력된 셀의 목적지 주소와 상기 출력포트 주소가 동일한 경우 연결식별자를 임의의 값으로 설정하고, 경로설정상태를 임의의 값으로 설정하여 아래 행의 상기 스위칭소자로 출력하고, 입력된 셀의 라우팅 태그를 수정하여 다음 열의 상기 스위칭 소자로 출력하며, 그렇지 않고 윗 행의 상기 스위칭소자에서 이미 경로가 설정되었거나, 또는 입력된 셀의 목적지 주소와 상기 출력포트 주소가 동일하지 않은 경우에는 경로설정상태정보와 입력셀의 라우팅 태그를 변화없이 그대로 출력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭장치.
제 5 항에 있어서,

상기 재순환 경로설정수단은,

상기 다수개의 우회링크를 통해 상기 라우팅수단으로부터 입력된 셀의 라우팅 태그 값이 널 값이면 플래그를 임의의 제1 값으로 설정하고, 상기 입력된 셀의 라우팅 태그에 임의의 목적지 주소가 설정된 경우에는 플래그를 임의의 제2 값으로 설정하는 할당셀 플래그 발생수단; 및

상기 할당셀 플래그 발생수단으로부터 입력된 플래그가 상기 임의의 제1 값이면 재순환 출력링크를 설정하지 않고, 입력된 플래그가 상기 임의의 제2 값이면 윗 행에서 재순환 출력링크가 설정되지 않은 경우에 재순환 출력링크를 설정하는 재순환 경로 비교수단을 구비한 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭장치.
제 6 항에 있어서,

상기 재순환 경로 비교수단은,

다수개의 스위칭소자를 이용하여 변형된 크로스바 네트워크 형태를 갖으며, 상기 할당셀 플래그 발생수단으로 부터의 각 입력이 각 행의 좌측으로부터 입력되고, 행의 우측 끝은 재순환 경로와 연결되고, 총 행의 수가 임의의 자연수 M이고, 재순환 경로 경로의 수가 R이고, 스위치의 입력포트 수가 N이면 총 NxR개의 스위치소자로 네트워크를 구성하되, 상기 각 행, 열의 스위치 소자는 상기 할당셀 플래그 발생수단으로 부터 입력된 플래그가 상기 임의의 제2 값이고, 윗 행의 상기 스위칭소자에서 해당 재순환 링크를 설정하지 않았으면 상기 재순환 링크를 할당하고, 경로설정상태 정보를 변경하여 아래 행의 상기 스위칭소자로 출력하고, 플래그 값을 상기 임의의 제1 값으로 변경하여 다음 열의 상기 스위칭소자로 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭장치.
제 7 항에 있어서,

상기 동기화수단으로부터 출력된 재순환 셀을 상기 라우팅수단의 윗 행의 입력포트들로 입력되게 하고, 새로 입력되는 셀을 상기 라우팅수단의 아래 행의 입력포트로 입력되도록 하여 상기 재순환된 셀들이 상기 새로 입력된 셀에 비해 우선적으로 상기 라우팅수단에서 출력링크를 할당받도록 구성한 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭장치.
각 입력포트의 최대 처리속도가 임의의 속도 V인 스위치 네트워크를 구비하며, 최대입력속도가 상기 임의의 속도 V인 다수의 입력포트와 최대 출력 속도가 상기 임의의 속도 V이상인 하나의 출력포트를 갖고, 각 입력에 대해 균등한 서비스 시간을 제공하는 시간분할 다중화수단을 상기 스위치 네트워크의 다수의 출력포트에 연결하고, 최대 입력속도가 상기 임의의 속도 V이상인 하나의 입력포트와 최대 출력속도가 상기 임의의 속도 V인 다수의 출력포트를 갖고, 각 출력포트에 대한 서비스 시간이 균등한 특성을 갖는 시간분할 역다중화 수단을 상기 스위치 네트워크의 다수의 입력포트와 연결되되,

상기 스위치 네트워크는,

그룹핑된 출력 포트의 주소 정보를 제공하는 출력그룹주소 발생수단과,

재순환 경로를 통해 재순환되어 입력되는 셀들과 새로이 입력되는 셀들을 입력받아 상기 출력그룹주소 발생수단으로부터 입력된 각 출력포트별 주소와 상기 각 포트별로 입력된 셀의 라우팅 태그에 설정된 목적지 주소가 동일한 경우 재순환된 셀을 우선으로 하여 출력 링크를 할당하고, 출력 링크를 할당받지 못한 셀들은 다수개의 우회링크를 통해 출력하는 라우팅수단과,

상기 다수개의 우회링크를 통해 상기 라우팅수단으로부터 입력된 셀들 중 재순환 경로 수 만큼의 셀들을 선별하여 재순환 링크를 통해 출력하는 재순환 경로설정수단, 및

상기 재순환 링크를 통해 상기 재순환 경로설정수단으로부터 재순환되는 셀을 입력받아 재순환되는 셀들과 상기 라우팅수단으로 새롭게 입력되는 셀들 간의 시간적 동기를 맞추어 상기 라우팅수단으로 재순환되는 셀들을 출력하는 동기화수단을 구비하여 입/출력 속도가 임의의 속도 V이상인 입/출력 링크에 대한 스위칭 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭 시스템.
단위 스위칭 기능을 수행하는 스위치 네트워크와,

상기 스위치 네트워크 다수개를 이용하여 다단 접속망으로 구성하고, 단간에 속한 상기 각 단위 스위치 간의 연결링크를 다수개로 구성하고, 전단에 속한 상기 단위 스위치의 다수개의 출력 링크에 대해 같은 주소를 할당하여 상기 다수개의 링크를 하나의 논리적 그룹으로 구성하고, 하나의 입력링크를 통해 상기 단위 스위치로 입력되는 복수개의 입력셀이 매 셀 전송시간 마다 상기 다수개로 구성된 출력링크 중 어느 곳으로도 출력이 되어 후단의 상기 단위 스위치로 입력되도록 구성되되,

상기 스위치 네트워크는,

그룹핑된 출력 포트의 주소 정보를 제공하는 출력그룹주소 발생수단과,

재순환 경로를 통해 재순환되어 입력되는 셀들과 새로이 입력되는 셀들을 입력받아 상기 출력그룹주소 발생수단으로부터 입력된 각 출력포트별 주소와 상기 각 포트별로 입력된 셀의 라우팅 태그에 설정된 목적지 주소가 동일한 경우 재순환된 셀을 우선으로 하여 출력 링크를 할당하고, 출력 링크를 할당받지 못한 셀들은 다수개의 우회링크를 통해 출력하는 라우팅수단과,

상기 다수개의 우회링크를 통해 상기 라우팅수단으로부터 입력된 셀들 중 재순환 경로 수 만큼의 셀들을 선별하여 재순환 링크를 통해 출력하는 재순환 경로설정수단, 및

상기 재순환 링크를 통해 상기 재순환 경로설정수단으로부터 재순환되는 셀을 입력받아 재순환되는 셀들과 상기 라우팅수단으로 새롭게 입력되는 셀들 간의 시간적 동기를 맞추어 상기 라우팅수단으로 재순환되는 셀들을 출력하는 동기화수단을 구비한 것을 특징으로 하는 패킷 스위칭 시스템.