通信工程師交換技術(shù)考試ATM的交換網(wǎng)絡(luò)[3]

Banyan結(jié)構(gòu)具有三個(gè)重要特征：第一，每個(gè)輸入和輸出間僅有通道；其次，具有比特控制的自選路由功能；第三，模塊化結(jié)構(gòu)，如圖6-13所示。其中，每個(gè)方框代表一個(gè)交換元件，它具有兩個(gè)輸入和輸出，可根據(jù)輸入路由標(biāo)簽確定輸出線（路由標(biāo)簽為0,輸出到0線；路由標(biāo)簽為1,輸出到1線）。

下面以三級Banyan結(jié)構(gòu)為例，簡要說明工作過程，當(dāng)比特流010,0111011（其中010為路由標(biāo)簽，代表輸出端口號）進(jìn)入交換結(jié)構(gòu)，第一級交換元件根據(jù)接收的第一比特決定比特流的出線，然后將第一比特丟棄，重復(fù)上述操作直至到達(dá)相應(yīng)輸出端口。在第一級中比特流輸出到0線，第二級中比特流輸出到1線，第三級輸出到0線，正好到達(dá)指定端口且路由標(biāo)簽己丟棄，僅剩用戶信息流。

顯然，這種交換結(jié)構(gòu)具有簡單、模塊化、可擴(kuò)展性好及信元交換時(shí)延小等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著明顯的問題。如圖6-14,當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)塊同時(shí)送往輸出端口011和010時(shí)，在第二級交換元件中就會產(chǎn)生共同使用1線路的情況，也就是發(fā)生了碰摘，如果不采取適當(dāng)措施，這種碰撞會導(dǎo)致信元丟失。這種因爭搶交換結(jié)構(gòu)內(nèi)部資源而引起信元丟失的現(xiàn)象稱為內(nèi)部阻塞。另外，當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)塊同時(shí)送往同一輸出端口時(shí)，還會發(fā)生輸出阻塞。當(dāng)然，由于輸出阻塞不是由于交換結(jié)構(gòu)本身的缺陷造成的，采用前面介紹的輸入或輸出緩沖排隊(duì)方法可以很好地解決這個(gè)問題。第一級第二級第三級那么如何解決內(nèi)部阻塞目前，主要采取以下兩種方法。

（a）在Banyan結(jié)構(gòu)的每個(gè)交換元件中加上緩沖器（既可是輸入緩沖，也可是輸出緩沖），構(gòu)成緩沖Banyan結(jié)構(gòu)。但這種方式中究竟采用多大容量的緩沖器，以及所帶來的性能改善情況，尚待進(jìn)一步研究。另外，加上如此多的緩沖器，明顯地增加了交換結(jié)構(gòu)的成本。

（b）經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，只要Banyan結(jié)構(gòu)同時(shí)輸入的全部數(shù)據(jù)塊（信元）的輸出地址（路由標(biāo)簽）單調(diào)排列（即遞增或遞減），則不存在內(nèi)部阻塞。因此，可在Banyan前加入排序網(wǎng)絡(luò)（BatcherSortingNetwork），構(gòu)成Batcher-Banyan結(jié)構(gòu)；如圖6-15所示。

Batcher-Networic根據(jù)信元的目的地址將其按升序排列，每個(gè)節(jié)點(diǎn)比較兩個(gè)信元的目的地址，并將高地址信元送到高端，低地址信元送到低端。當(dāng)僅有一個(gè)信元時(shí)，將它送到低端。

③Delta結(jié)構(gòu)

Delta結(jié)構(gòu)是Banyan結(jié)構(gòu)的一個(gè)子集，當(dāng)Banyan結(jié)構(gòu)2x2的交換元件換成mN的，同樣是輸入和輸出端口之間只有一條通路，自選路由方式且模塊化的交換元件互連網(wǎng)絡(luò)，即為Delta交換結(jié)構(gòu)。構(gòu)成Delta交換結(jié)構(gòu)的交換元輸入#16件是AWV的交換模塊，如圖6>16所示。雖然圖6-16Delta交換結(jié)構(gòu)Delta結(jié)構(gòu)中每個(gè)交換元件的復(fù)雜度大大超過了Banyan結(jié)構(gòu)的交換元件，但如果每個(gè)mN交換元件是無內(nèi)部阻塞的，那么Delta結(jié)構(gòu)的性能比Banyan結(jié)構(gòu)好得多。但是Delta交換結(jié)構(gòu)本身依然是有阻塞的，其性能隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大而降低，而且對輸入業(yè)務(wù)模式十分敏感。

Delta結(jié)構(gòu)采用下述方法來減少潛在的阻塞條件：第一，提高交換結(jié)構(gòu)內(nèi)部鏈路相對于輸入和輸出端口的速度：第二，在交換元件中引入信元緩沖器：第三，在交換元件之間實(shí)現(xiàn)多條內(nèi)部路徑。

④重環(huán)回結(jié)構(gòu)

Batcher-Banyan結(jié)構(gòu)有效地消除了內(nèi)部阻塞，但當(dāng)有兩個(gè)以上信元同時(shí)去往同一出線時(shí)，還會產(chǎn)生輸出阻塞。對于輸出阻塞，可以采用輸入或輸出緩沖排隊(duì)方式解決。但輸入緩沖存在隊(duì)頭（HOL）阻塞，導(dǎo)致交換結(jié)構(gòu)的吞吐率下降，對輸出緩沖的速度和容量要求較高。一種稱為重環(huán)回的結(jié)構(gòu)，可以改進(jìn)Batcher-Banyan結(jié)構(gòu)的性能。

重環(huán)回結(jié)構(gòu)的主體就是Batcher排序網(wǎng)絡(luò)和Banyan網(wǎng)絡(luò)（簡稱B-B網(wǎng)），只是它不設(shè)輸入隊(duì)列，入線上的信元都能同時(shí)進(jìn)入Batcher網(wǎng)，當(dāng)遇到相同的地址進(jìn)行比較時(shí)，Batcher任選出線。Banyan不允許含有同樣地址的信元同時(shí)進(jìn)入，在Batcher和Banyan之間加了一個(gè)清洗和提升網(wǎng)絡(luò)以及一個(gè)集中緩沖器。如圖6-17所示，信元（1），（2），（3）和（4）分別送到3,1,4和3,經(jīng)過Batcher排序后，集中緩沖器從Batcher網(wǎng)的輸出中挑出地址相同的信元（1）3和（4）3,放行（4）3,而將（1）3送集中緩沖器，經(jīng)過清洗和提取后的信元（2）1,（4）3和（3）4送入Banyan網(wǎng)，保證fBanyan輸入的單一有效特性，避免了輸出碰撞現(xiàn)象。而暫存于緩沖器的信元（1）3重新送回Batcher網(wǎng)輸入端。

采用重環(huán)回結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要環(huán)回的信元很多，超過了緩沖器的容量，會產(chǎn)生信元丟失。另外，重環(huán)回信元會造成信元次序混亂，時(shí)延也很大，為了防止這種現(xiàn)象產(chǎn)生，反饋回Batcher網(wǎng)的信元被賦以高的優(yōu)先權(quán)，如下次再和其他信元碰撞，清洗和提升網(wǎng)絡(luò)應(yīng)給予優(yōu)先放行。

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