专利名称：异步传输模式交换机中的信元处理方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及异步传输模式(ATM)交换机中的信元处理，具体涉及在使用多点传送连接标识符(MCI)(multicast connection identifier)的ATM交换机中的信元处理方法和设备。
背景技术：
多点传送是在多个地点之间的双向通信，意味着一种在一个发送方和多个目的地方之间进行的通信类型。例如，多点传送与向一个地址薄中存储的所有地址发送电子邮件是相同的。多点传送是用于诸如电视会议或电话会议之类的电信会议的通信类型，其中一个发送方将视频或音频信号发送到多个选定的目的地方(即地点)，多点传送也可以用于从视频点播(VOD)服务器将视频数据发送到多个用户机顶盒。
单点传送(unicast)与多点传送相反，意味着一种在一个发送方和一个目的地方之间进行的通信类型。
作为ATM交换机中使用的常规多点传送系统，有信元复制型多点传送系统和地址复制型多点传送系统。
图1是表示常规信元复制型多点传送系统的结构的方框图。
根据该系统，在交换机结构的前面提供一信元复制电路10，并且将一个具有多种目的地地址的多点传送信元复制到具有一个目的地地址的多种单点传送信元中。在信元复制型多点传送中，在一个输入终端输入的多点传送信元被复制到对应于各自输出端口(即扇出端被存储在共享缓冲器30中的多个信元存储空间中。存储单点传送信元的缓冲器号码和缓冲器的地址被存储在地址队列20中。
在上述信元复制型多点传送结构中，共享缓冲器30中存储的信元数量与多点传送信元的目的地数量或扇出端口的数量成比例增加，这造成ATM交换机中的信元业务量增加，以及多点传送环境中的过度信元损失。
图2是表示常规地址复制型多点传送系统的结构的方框图。
根据该地址复制型系统，多点传送信元被存储在共享缓冲器60中，共享缓冲器60中存储该多点传送信元的地址被地址复制电路40复制，然后存储在对应于各自扇出端口的地址队列50中。
在上述地址复制型多点传送结构中，多点传送信元被存储在共享缓冲器60中的信元存储空间中，缓冲器号码和缓冲器的地址被地址复制电路40复制，然后存储在地址队列50中。在此情况下，共享缓冲器60中的有效业务量不增加，但是存储多点传送信元的地址的地址队列50的业务量增加，这也造成了行首(HOL)(head-of-line)阻塞现象的增加。多点传送环境中的这种阻塞现象造成ATM交换机的处理能力下降。
图3是表示常规共享缓冲存储器型ATM交换机中的HOL阻塞的示意图。
假设位于各自地址队列的首部上的信元A，B，C和D应该被输出到一个信元时隙。由于信元B，A和C被一起存储在共享缓冲存储器70的第三缓冲器中，它们无法由信元时隙在一次同时读出。即，共享缓冲存储器70仅每次一个地执行读或写操作。
因此，第三缓冲器只读出信元B，A和C中的一个信元，剩余的两个扇出端口处于空闲状态，使得整个交换系统的处理能力下降。根据排队理论，可以知道处理能力下降大约46％。
发明内容
因此，本发明的目的是解决现有技术中涉及的问题，并提供一种在ATM交换机中的信元处理方法和设备，可以通过将多点传送连接标识符(MCI)给予各个多点传送信元来防止单点传送信元和多点传送信元之间产生的HOL阻塞，并因此防止多点传送环境中的过度信元损失。
根据本发明，通过提供一种在ATM交换机中的信元处理方法来实现上述目的，该方法包括以下步骤在共享缓冲存储器中存储单点传送信元和多点传送信元，并在地址队列中存储各个信元的地址；对缓冲器中存储的信元给予各自的优先级；根据给予的优先级从缓冲器中读出信元；并将从缓冲器读出的信元发送到扇出端口，并确定要最终输出的信元。
在本发明的另一个方面，提供一种在ATM交换机中的信元处理设备，包括缓冲器，用于存储输入到ATM交换机的信元；多点传送连接标识符(MCI)地址队列，用于存储多点传送信元的缓冲器地址；单点传送地址队列，用于存储单点传送信元的缓冲器地址；和扇出端口，用于接收来自各个地址队列的信元并将接收的信元输出到对应的目的地。
在结合附图阅读了以下详细说明后，本发明的上述目的和其它特征和优点将变得更加清楚，在附图中图1是表示常规信元复制型多点传送系统的结构的方框图；图2是表示常规地址复制型多点传送系统的结构的方框图；
图3是表示常规共享缓冲存储器型ATM交换机中的HOL阻塞的示意图；图4是表示根据本发明的在ATM交换机中的信元处理设备的结构的方框图；图5是表示根据本发明的信元处理方法的流程图；图6是表示根据本发明的MCI地址队列和指针的示意图；图7A是表示一个显示MCI地址队列的每个扇出端口的队列长度和优先级的表的示意图；图7B是表示单点传送信元和扇出端口的读优先级的示意图；图7C是表示多点传送信元和扇出端口的读优先级的示意图；图8是解释根据本发明的在ATM交换机中的信元处理的示意图。
具体实施例方式
下面将参照附图中表示的优选实施例对根据本发明的信元处理方法和设备进行说明。
图4是表示根据本发明的在ATM交换机中的信元处理设备的结构的示意图，图5是表示根据本发明的信元处理方法的流程图。
参见图4和5，下面对根据本发明的在ATM交换机中的信元处理方法进行说明。
首先，各个信元的地址被存储在地址队列120和130中(步骤S10)。
根据常规信元复制系统或地址复制系统，多点传送信元和单点传送信元的地址被存储在一个地址队列中。反之，根据本发明，ATM交换机在共享缓冲存储器110中对多点传送信元和单点传送信元分类，把多点传送信元的地址存储在多点传送连接标识符(MCI)地址队列120中，把单点传送信元的地址存储在单点传送队列130中，并且分别保持多点传送信元和单点传送信元的地址队列。此时，多点传送信元或单点传送信元的地址意味着共享缓冲存储器110的缓冲器号码或地址。
MCI是一种给予通过一个呼叫决定发送的所有多点传送信元的标识符，并且是对应交换机中的一个局部唯一值。具有相同MCI的多点传送信元被存储在对应的MCI地址队列120的地址中。MCI地址队列120具有与扇出端口的数量一样多的读指针，和一个写指针。
读指针被分配给ATM交换机的各个扇出端口，并且每当读出多点传送信元时读指针被一个接一个地增加。写指针代表MCI地址队列120中存储多点传送信元的地址的位置，并且每当属于对应MCI的多点传送信元被输入到MCI地址队列120时写指针被一个接一个地增加。
对存储在共享缓冲存储器110中的信元给予各自的优先级(步骤S30)。
根据用于选择要被读出到ATM交换机的各自扇出端口的多点传送信元的过程，获得MCI地址队列120的各自扇出端口的队列长度(步骤S20)，并且通过比较各个获得的扇出端口的长度，相对于具有各自扇出端口的最长队列长度的多点传送信元确定读优先级(步骤S30)。然后，ATM交换机确认具有所确定优先级的信元位于共享缓冲存储器110的哪个缓冲器中。
队列长度是MCI地址队列120的写指针地址和各自扇出端口的读指针地址之间的差值，并且意味着等待输出的信元的数量。
单点传送信元的优先级由单点传送地址的长度给定。
如果确定了相应信元的优先级，ATM交换机开始从共享缓冲存储器110读出信元(步骤S40)。在共享缓冲器的读周期期间，ATM交换机检查在各信元间是否产生HOL阻塞，并从共享缓冲存储器读出信元。HOL阻塞的类型和所产生HOL阻塞的避免如下所述。
如果在单点传送信元之间产生HOL阻塞，那么首先从缓冲器110读出具有较高优先级的单点传送信元。
而且，如果在多点传送信元之间产生HOL阻塞，那么首先从缓冲器110读出具有较高优先级的多点传送信元。
在单点传送信元和多点传送信元之间产生HOL阻塞的情况下，首先读出单点传送信元，而不考虑信元的队列长度。
对于每个信元时隙，重复三次从ATM交换机的共享缓冲存储器中读出信元的操作，并且从共享缓冲存储器110读出的信元被发送到对应的扇出端口(步骤S50)。
对于共享缓冲器的一个读周期，即1/3信元时隙，可以到达各自扇出端口的信元被分类为三种情况。
即，存在以下三种情况仅有单点传送信元到达，仅有多点传送信元到达，单点传送信元和多点传送信元同时到达。可以到达的信元的最大数量是2，这对应于单点传送信元和多点传送信元都到达的情况。此时，扇出面板(fan-out mask)最终输出具有比另一个信元更长的队列长度的信元(步骤S60)。
图6是表示为每个MCI保持的MCI地址队列和指针的概念的示意图。
利用给定的MCI对ATM交换机中的各个多点传送信元与单点传送信元相区别，并且还与用于一个不同呼叫决定的多点传送信元相区别。由ATM交换机自己把MCI给予多点传送信元，并且通过一个呼叫决定发送的所有多点传送信元具有相同的MCI。因此，可以由ATM交换机改变MCI值的给予和MCI地址队列120的确定。
MCI地址队列120具有M个地址存储空间，M大于或等于ATM交换机的总容量。在MCI地址队列120的地址存储空间中存储多点传送信元的共享缓冲存储器110的地址，并且地址存储空间包括代表缓冲器的顺序的号码和对应缓冲器的地址。
MCI地址队列120具有多个读指针和一个写指针，读指针的数量与扇出端口的数量相同。读指针表示MCI地址队列120中存储ATM交换机的每个扇出端口的信元的地址，写指针表示MCI地址队列中要写入多点传送信元的地址的空地址。例如，假设存储在第三缓冲器的#12地址中的多点传送信元的地址被存储在MCI#2地址队列的第36地址中。如果MCI地址队列120的第36地址被#2扇出端口的读指针和#3扇出端口的读指针访问，那么应该把第三缓冲器的#12地址中存储的多点传送信元通过#2和#3扇出端口输出。
在图6中，MCI#K地址队列的M-6，M-5，M-4和M-2分别被表示#2扇出端口的读指针，表示#4扇出端口的读指针，表示#1扇出端口的读指针，和表示#3扇出端口的读指针访问。因此，在MCI#K地址队列中，M-6所指的信元被读出到#2扇出端口，M-5所指的信元被读出到#4扇出端口，M-4所指的信元被读出到#1扇出端口，M-2所指的信元被读出到#3扇出端口。
使用呼叫分拆方法(call-splitting method)输出MCI地址队列120中存储的多点传送信元。呼叫分拆方法不在一个信元时间将所有多点传送信元发送到对应扇出端口，而是在几个信元时间将它们输出。例如，如果假设MCI#2地址队列中的信元的目的地扇出端口是#1，#2，和#3，当从共享缓冲存储器110读出信元时，一个非呼叫分拆方法将MCI#2地址队列中的所有对应信元输出到#1，#2，和#4扇出端口。反之，根据呼叫分拆方法，当从共享缓冲存储器110读出MCI地址队列中的对应信元时，在一个信元时间将一部分信元输出到预定的扇出端口(例如，#1和#4扇出端口)，并且在下一个信元时间将剩余的信元输出到剩余的扇出端口(即#2扇出端口)。
图7A是表示一个显示MCI地址队列的每个扇出端口的队列长度和优先级的表的示意图。
为了为每个扇出端口选择具有最长队列长度的多点传送信元，各个MCI地址队列120的读指针和写指针计算各自MCI地址队列120的写指针与各自扇出端口的读指针之间的差，并比较每个扇出端口的各个MCI地址队列120的长度。按照每个扇出端口的队列长度的顺序确定读优先级。然后，确认缓冲器号码，即确认具有所确定的读优先级的相应信元位于共享缓冲存储器110中的哪个缓冲器。
接着，由以下公式获得第n个MCI地址队列的四个扇出端口的队列长度。[公式]*第n个MCI地址队列#1扇出端口的队列长度＝*写指针－#1扇出端口的读指针*#2扇出端口的队列长度＝*写指针－#2扇出端口的读指针*#3扇出端口的队列长度＝*写指针－#3扇出端口的读指针*#4扇出端口的队列长度＝*写指针－#4扇出端口的读指针*在图7A中，垂直轴和水平轴分别表示MCI地址队列120和扇出端口，并且显示了MCI地址队列120的对应扇出端口的队列长度的计算值和它们的优先级。
下面解释MCI地址队列#1和#2与扇出端口之间的关系。各个MCI地址队列的地址中存储的内容是共享缓冲存储器110上的多点传送信元地址。
例如，MCI#1地址队列的第11地址中存储的多点传送信元地址被发送到#1扇出端口，第12，10，和16地址中存储的信元地址被发送到#2，#3和#4扇出端口。而且，在MCI#2地址队列的情况下，第9，5，20和17地址中存储的共享缓冲存储器上的多点传送信元地址发送到#1，#2，#3和#4扇出端口。
接着，将对用于选择具有在MCI#1和#2地址队列中的最长队列长度的扇出端口的过程进行说明。假设MCI#1和#2地址队列的写指针指向第100地址。如上所述，队列的长度对应于对应的地址队列中存储的信元的数量。
在MCI#1地址队列中，要被读出到#1扇出端口的地址队列的长度是89(即，100-11)，要被读出到#2扇出端口的地址队列的长度是88(即，100-12)，要被读出到#3扇出端口的地址队列的长度是90(即，100-10)，要被读出到#4扇出端口的地址队列的长度是84(即，100-16)。
而且，在MCI#2地址队列中，要被读出到#1扇出端口的地址队列的长度是91(即，100-9)，要被读出到#2扇出端口的地址队列的长度是95(即，100-5)，要被读出到#3扇出端口的地址队列的长度是80(即，100-20)，要被读出到#4扇出端口的地址队列的长度是83(即，100-17)。同时，#1扇出端口中MCI#2地址队列是91并且是最长的一个地址队列，#2扇出端口中MCI#2地址队列是95并且是最长的一个地址队列。而且，#3扇出端口中MCI#1地址队列是90并且是最长的一个地址队列，#4扇出端口中MCI#1地址队列是84并且是最长的一个地址队列。
因此，按照各自扇出端口的队列长度的顺序确定读优先级。具体地说，第一优先级是要被读出到#2扇出端口的MCI#2地址队列，第二优先级是要被读出到#1扇出端口的MCI#2地址队列，第三优先级是要被读出到#3扇出端口的MCI#1地址队列，第四优先级是要被读出到#4扇出端口的MCI#1地址队列。
然后，确认具有给定读优先级的MCI地址队列120的每个扇出端口的读指针指示共享缓冲存储器110中的哪个缓冲器。该确认用于防止HOL阻塞，其处理方法根据HOL阻塞的类型而不同。
如果HOL阻塞是在单点传送信元之间产生，那么首先从缓冲器110读出具有较高读优先级的单点传送信元。
而且，在HOL阻塞是在多点传送信元之间产生的情况下，首先从缓冲器110读出具有较高读优先级的多点传送信元。
同时，在HOL阻塞是在单点传送信元和多点传送信元之间产生的情况下，首先读出单点传送信元，而不考虑相应信元的队列长度。
图7B显示将读优先级给予单点传送信元的情况，图7C显示将读优先级给予多点传送信元的情况。图8是解释根据本发明在ATM交换机中从共享缓冲存储器读出信元和将它们发送到对应扇出端口的过程的示意图。
为了防止ATM交换机由于HOL阻塞而性能降低，ATM交换机在一个信元时间执行三次读操作。如图7B所示，根据读优先级分别把单点传送信元存储在第四缓冲器，第二缓冲器，第二缓冲器，和第二缓冲器中。而且，如图7C所示，根据读优先级分别把多点传送信元存储在第四缓冲器，第三缓冲器，第四缓冲器，和第四缓冲器中。
在第一共享缓冲存储器的读周期期间，从第四和第二缓冲器读出具有第一和第二读优先级的单点传送信元，但是不读出具有最高优先级的多点传送信元。这是因为，单点传送信元具有高于多点传送信元的优先级。在第一共享缓冲存储器的读周期期间，不使用第三缓冲器来读取单点传送信元，因此读取具有第二读优先级的多点传送信元。
在第二共享缓冲存储器的读周期期间，从第二缓冲器读出具有第三读优先级的单点传送信元。该信元是在前一个周期中由于具有第二读优先级的单点传送信元而没被读出的信元。由于不使用第四缓冲器来读取单点传送信元，因此读出第四缓冲器中存储的具有第三读优先级的多点传送信元。
在第三共享缓冲存储器的读周期期间，读出存储在第二缓冲器中的具有第四读优先级的单点传送信元和存储在第四缓冲器中的具有第四读优先级的多点传送信元。
从第一和第三共享缓冲器的读周期可以看出，一个单点传送信元和一个多点传送信元分别被同时读出到#1和#4扇出端口。扇出面板最终输出具有比另一个信元更长队列长度的信元。
如上所述，根据本发明的在ATM交换机中的信元处理方法和设备可以解决在常规信元复制型或地址复制型多点传送系统中发生的HOL阻塞所引起的过度信元损失和交换机处理能力下降的问题。
根据本发明的多点传送方法用于支持ATM交换机的改善的多点传送功能，并且由于本发明和常规多点传送系统之间的性能差随着多点传送业务量的增加而变大，根据本发明的多点传送方法可以有效地用于需要预期的多点传送服务(例如VOD，电信会议等等)的应用网络环境。
虽然已经出于例示目的公开了本发明的优选实施例，本领域技术人员可以理解在不偏离所附权利要求中揭示的本发明范围和精神的情况下，可以进行各种修改，添加和替换。
权利要求
1.一种在异步传输模式(ATM)交换机中的信元处理方法，包括以下步骤在缓冲器中存储单点传送信元和多点传送信元，并在地址队列中存储各个信元的地址；对缓冲器中存储的信元给予各自的优先级；根据给予的优先级从缓冲器中读出信元；将从缓冲器读出的信元发送到扇出端口，并确定要最终输出的信元。
2.根据权利要求1的信元处理方法，其中地址队列中存储的地址是缓冲器中存储的信元的地址。
3.根据权利要求1的信元处理方法，其中将多点传送信元地址与单点传送信元地址相区别地存储在地址队列中。
4.根据权利要求1的信元处理方法，其中用于存储多点传送信元地址的地址队列是为每个多点传送连接标识符(MCI)保持的MCI地址队列。
5.根据权利要求4的信元处理方法，其中MCI地址队列具有一个写指针和与扇出端口的数量一样多的读指针。
6.根据权利要求1的信元处理方法，其中缓冲器是共享缓冲存储器。
7.根据权利要求1的信元处理方法，其中按照单点传送信元输入到地址队列的顺序确定单点传送信元的优先级。
8.根据权利要求1的信元处理方法，其中给予优先级的步骤包括以下步骤计算各个扇出端口的队列长度；通过比较各个扇出端口的所计算队列长度来确定优先级；确认具有所确定优先级的信元存储在哪个缓冲器中。
9.根据权利要求8的信元处理方法，其中队列长度是写指针地址和读指针地址之间的差值。
10.根据权利要求1的信元处理方法，其中在从缓冲器读出信元的步骤中，如果在单点传送信元之间产生行首(HOL)阻塞，那么首先读出具有较高优先级的单点传送信元；如果在多点传送信元之间产生HOL阻塞，那么首先读出具有较高优先级的多点传送信元；如果在单点传送信元和多点传送信元之间产生HOL阻塞，那么首先读出单点传送信元而不考虑信元的队列长度。
11.根据权利要求1的信元处理方法，其中在确定要在扇出端口最终输出的信元的步骤中，如果单点传送信元和多点传送信元同时到达扇出端口，那么最终输出具有较长队列长度的信元。
12.根据权利要求1的信元处理方法，其中从缓冲器读出信元的步骤在一个时隙时间中执行三次。
13.一种在异步传输模式(ATM)交换机中的信元处理方法，包括以下步骤在缓冲器中存储单点传送信元和多点传送信元，并在地址队列中存储各个信元的地址；计算地址队列的各个扇出端口的队列长度；通过比较所计算的队列长度，确定信元的优先级；确认具有所确定优先级的信元存储在哪个缓冲器中；根据给予的优先级从缓冲器读出信元；将从缓冲器读出的信元发送到扇出端口，并确定要最终输出的信元。
14.根据权利要求13的信元处理方法，其中地址队列中存储的地址是缓冲器中存储的信元的地址。
15.根据权利要求13的信元处理方法，其中将多点传送信元地址与单点传送信元地址相区别地存储在地址队列中。
16.根据权利要求13的信元处理方法，其中用于存储多点传送信元地址的地址队列是为每个多点传送连接标识符(MCI)保持的MCI地址队列。
17.根据权利要求16的信元处理方法，其中MCI地址队列具有一个写指针和与扇出端口的数量一样多的读指针。
18.根据权利要求13的信元处理方法，其中缓冲器是共享缓冲存储器。
19.根据权利要求13的信元处理方法，其中按照单点传送信元输入到地址队列的顺序确定单点传送信元的优先级。
20.根据权利要求13的信元处理方法，其中队列长度是写指针地址和读指针地址之间的差值。
21.根据权利要求13的信元处理方法，其中在从缓冲器读出信元的步骤中，如果在单点传送信元之间产生行首(HOL)阻塞，那么首先读出具有较高优先级的单点传送信元；如果在多点传送信元之间产生HOL阻塞，那么首先读出具有较高优先级的多点传送信元；如果在单点传送信元和多点传送信元之间产生HOL阻塞，那么首先读出单点传送信元而不考虑信元的队列长度。
22.根据权利要求13的信元处理方法，其中信元到达某个扇出端口有三种情况，一种情况是仅有单点传送信元到达，一种情况是仅有多点传送信元到达，一种情况是单点传送信元和多点传送信元同时到达，并且如果单点传送信元和多点传送信元同时到达，那么最终输出具有比另一个信元更长队列长度的信元。
23.一种在异步传输模式(ATM)交换机中的信元处理设备，包括缓冲器，用于存储输入到ATM交换机的信元；多点传送连接标识符(MCI)地址队列，用于存储多点传送信元的缓冲器地址；单点传送地址队列，用于存储单点传送信元的缓冲器地址；扇出端口，用于接收来自各个地址队列的信元并将接收的信元输出到对应的目的地。
24.根据权利要求23的信元处理设备，其中MCI地址队列具有一个写指针和与扇出端口的数量一样多的读指针。
25.根据权利要求23的信元处理设备，其中缓冲器是共享缓冲存储器。
26.根据权利要求23的信元处理设备，其中如果在单点传送信元之间产生行首(HOL)阻塞，那么ATM交换机首先读出具有较高优先级的单点传送信元；如果在多点传送信元之间产生HOL阻塞，那么首先读出具有较高优先级的多点传送信元；如果在单点传送信元和多点传送信元之间产生HOL阻塞，那么首先读出单点传送信元而不考虑信元的队列长度。
27.根据权利要求23的信元处理设备，其中ATM交换机在一个信元时隙中读取共享缓冲存储器三次。
28.根据权利要求23的信元处理设备，其中如果多点传送信元和单点传送信元同时到达扇出端口，ATM交换机根据队列长度确定所要输出的信元。
全文摘要
公开了一种在ATM交换机中的信元处理方法和设备,能够防止HOL阻塞引起的过度信元损失和交换机处理能力下降。信元处理方法包括以下步骤:在共享缓冲存储器中存储单点传送信元和多点传送信元,并在地址队列中存储各个信元的地址;对缓冲器中存储的信元给予各自的优先级;根据给予的优先级从缓冲器中读出信元;并将从缓冲器读出的信元发送到扇出端口,并确定要最终输出的信元。信元处理设备包括:缓冲器,用于存储输入到ATM交换机的信元;多点传送连接标识符(MCI)地址队列,用于存储多点传送信元的缓冲器地址;单点传送地址队列,用于存储单点传送信元的缓冲器地址;扇出端口,用于接收来自各个地址队列的信元并将接收的信元输出到对应的目的地。
文档编号H04L12/56GK1332554SQ0112003
公开日2002年1月23日 申请日期2001年7月6日 优先权日2000年7月7日
发明者李钟翊 申请人:Lg电子株式会社