Распараллеливание плоскостей поля маршрутизации и структуры буферов поднимает степень отказоустойчивости, однако гораздо важнее повысить избыточность в пределах отдельных плоскостей. Баньяновидные сети склонны к отказам, поскольку содержат единственный путь в каждой паре «вход—выход»; сети с множественными путями отличаются большей отказоустойчивостью. Для повышения избыточности следует включать в состав Баньяновидных сетей дополнительные коммутационные элементы и каскады, избыточные и альтернативные соединения либо увеличивать число входных и выходных портов. Платой за это становится усложнение как схем буферизации и маршрутизации, так и средств управления [8].

Для организации эффективного контроля за отказоустойчивостью коммутационной системы применяются разнообразные тестирующие

механизмы. Маршрутизация специальных ячеек через тестовые элементы и отслеживание их появления на выходах, а также добавление служебной информации в заголовок ячейки позволяют обнаружить потери ячеек, ошибочные пути или неоправданные задержки. При выявлении отказа трафик перераспределяется до устранения причины сбоя, причем функция перераспределения может выполняться как концентраторами, так и самим коммутационным полем.

3 ОСНОВЫ БАНЬЯН-КОММУТАЦИИ

3.1 БАНЬЯН СЕТИ

Отличительное свойство Баньян сети - это существование перехода от любого входа к любому выходу [8],

Рисунок 3.1- показывает четыре вида сетей, принадлежащих к этому классу:

а) смешанные (Омега) сеть;

b) реверсная смешанная сеть;

c) особо чувствительная Баньян сеть;

d) обыкновенная сеть;

Основное свойство этих сетей:

1. Они состоят из n=log2N и N/2 узлов на уровень.

2. Они имеют самонастраивающееся свойство - уникальный n-битный адрес назначения может использоваться для передачи ячейки от любого входа к любому выходу, по одному биту на каждый уровень.

3. Их регулярность и взаимосвязная схема очень привлекательна для применения в VLSI (VLSI - сверх большая степень интеграции).

Рисунок 3.2 показывает пример соединения в Баньян сети 8´8, где темные линии отражают передающие пути. С правой стороны адрес каждого выходного сигнала обозначен как ряд n-битов, b₁...b_n. Адрес ячейки сигнала закодирован в заголовке ячейки. На первом уровне проверяется бит b₁, если

это 0, ячейка будет выдвинута на высший, исходящий уровень; если это 1,то ячейка отправляется на низший уровень. На следующем уровне проверяется бит b₁, передача сигнала происходит аналогично.

Рисунок 3.2 - Баньян сеть 8´8

Внутренняя блокировка происходит в случае когда ячейка потеряна из-за конфликтных ситуаций на уровне сети. Рисунок 3.3 приводит пример внутренней блокировки внутри Баньян сети 8x8. Тем не менее, Баньян сеть не будет иметь внутренних блокировок, если будут соблюдены следующие условия [12]:

· Нет свободного входного сигнала между любыми двумя активными входами.

· Выходные адреса ячеек находятся либо в прямом, либо в обратном порядке.

Рисунок 3.3 - Блокировка в Баньян сети 8´8

Рисунок 3.4

(a) - Не блокируемая Баньян сеть для входных сигналов

(b) - Сортирующая Баньян сеть

Рассмотрим рисунок 3.4. Предположим, что Баньян сети предшествует сети которая накапливает ячейки и сортирует их, учитывая их выходные значения. Получившаяся в результате структура является деблокирующей сортирующей Баньян сетью.

3.2 СОРТИРУЮЩАЯ БАТЧЕР СЕТЬ

Эта сеть формируется серией объединенных сетей различных размеров [12,14]. Рисунок 3.5 демонстрирует сортирующую Батчер сеть 8x8, состоящую из объединенных сетей трех различных размеров. Объединенная сеть на рис.3.6 состоит из 2´2 сортирующих элементов в каскадах, и схема соединения между каждой парой смежных каскадов аналогична схеме Баньян сети. Можно заметить, что если адреса первой половины входящих ячеек расположены в возрастающем порядке, а адреса второй половины - в убывающем, то объединенная сеть будет сортировать ячейки на выходе в прямом порядке. Сортирующая сеть 8´8 будет сформирована, если 8´8 объединенной сети предшествуют две объединенных сети 4´4 и четыре объединенных (сортирующих) элемента 2´2. Произвольный список из восьми входных ячеек будет распределен сначала на четыре списка по две ячейки, а затем - в два списка по четыре ячейки и наконец - в список из восьми ячеек.

Объединенная сеть N´N состоит из log₂N уровней и (N log₂N)/2 уровней. Сортирующая сеть имеет 1+2+......+ log₂N=(log₂N)(log₂N+l)/2 уровней и (N log₂N)(log₂N+l)/2 элементов [14].

Рисунок 3.5 - Сортирующая Батчер сеть 8´8

Рисунок 3.6 - Структура передающей сети

3.3 АЛГОРИТМЫ РАЗРЕШЕНИЯ КОНФЛИКТОВ НА ВЫХОДЕ

3.3.1 ТРЕХФАЗОВАЯ РЕАЛИЗАЦИИ

Следующий 3-х эталонный алгоритм является решением для выходного спорного сигнала в Батчер-Баньян коммутаторе.(рис 3.7(а)).

Рисунок 3.7 - 1 этап: отправка запроса

В первую фазу алгоритма (фазу арбитража) каждый вводной порт I посылает в сортирующую сеть краткий запрос, содерж6щий только информацию об источнике и назначении (ячейки). В сортирующей сети ячейки рассматриваются в порядке возрастания, по адресам их назначения. Запросы сортируются все вместе и выбирается тот, чей адрес назначения отличен от предыдущего в сортировочном списке [14,17].

Поскольку результаты арбитража не известны входным портам, выбранные запросы посылают уведомление своим вводным портам через взаимосвязанную сеть во вторую фазу (фазу уведомления). Сеть с обратной связью представлена на рисунке 3.7(в), состоит из N фиксированных соединений, каждый выход сети Батчера соединен с входом сети Батчера.

Рисунок 3.8 - 2 этап: уведомление решающих портов

Каждое подтверждение несет источник, который получил разрешение на вход Батчер сети. Эти источники проходят через всю Батчер-Баньян сеть на различные выхода, учитывая адрес источника. Когда трассировка уведомлений обратно через идентичную специализированную сеть ко вводам закончена, выводы узнают свои результаты арбитража. Вводам, получившим уведомление, обеспечивается бесконфликтный вывод ячеек.

Рисунок 3.9 - 3 этап: отправка ячеек с информацией

Эти входные порты перемещают полную ячейку на третьем последнем этапе, через такую же Батчер-Баньян сеть (рисунок 3.7(с)). Вводы, не получившие уведомления, сохраняют свои ячейки в буфере следующего трехфазового цикла.

3.3.2 КОЛЬЦЕВОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ

В Баньян коммутаторе с накопителем предусмотрено кольцевое резервирование (рисунок 3.10). Этот коммутатор состоит из Баньян коммутационной системы с накопителем, нескольких коммутационных интерфейсов, кольцевой адаптер (RHE) и синхронизатора [17,19].

Рисунок 3.10 - Батчер - Баньян коммутатор с кольцевым резервирование

Интерфейс коммутатора осуществляет кольцевое резервирование, буферизацию входящих ячеек, синхронизацию ячеек, отправленных в коммутационную систему и буферизацию ячеек на выходе. Входящие в коммутатор ячейки буферизуются в FIFO, до резервирования. Когда резервирование на выводе успешно завершено, ячейка доставляется в коммутационную систему в начале следующего цикла. После этого следующая ячейка из очереди может проходить резервирование. При выходе из коммутационной системы, ячейка буферизуется в интерфейс, чтобы затем быть переданной по назначению RHE дает два сигнала синхронизации в коммутаторе: (синхронизации битов и начала цикла), три сигнала кольцевого резервирования (сигнал включения в работу кольца, сигнал данных кольца и синхронизации кольца). Сигнал данных кольца - это серия битов выходного резервирования, а сигнал синхронизации кольца указывает местоположение первого выходного порта в серии кольцевых данных. Эти два сигнала циркулируют через RHE и интерфейсы коммутатора по одному биту каждый раз, в течение всего процесса резервирования. Кольцевое резервирование происходит в начале каждого цикла, после того, как каждый кольцевой интерфейс получает заголовки копий самых старших ячеек. С началом каждого цикла данные кольца в RHE и каждый кольцевой интерфейс устанавливаются в исходное состояние («свободно»). Серии кольцевых данных начинают затем циркулировать через интерфейс бит за битом. Каждый интерфейс имеет портовой счетчик, который увеличивается (дает приращение) при каждом прохождении бита кольцевых данных. Каждый временной интервал портовой счетчик сравнивается с адресом назначения самой старшей ячейки для того, чтобы определить, должна ли ячейка быть отправлена на выход в следующий промежуток. При прохождении бита данных кольца, все интерфейсы коммутатора рассматривают кольцевую синхронизацию и кольцевые данные бита. Если сигнал кольцевой синхронизации верен, (это значит, что следующий бит кольцевых данных соответствует первому выводу), тогда портовой счетчик устанавливается в исходное состояние при прохождении следующего бита. Если назначение ячейки согласовано с портовым счетчиком и бит данных кольца свободен, интерфейс коммутатора делает на кольце запись «занято», означающую, что в следующий коммутационный цикл вывод будет занят. Если бит данных кольца уже занят, или если портовой счетчик не согласован с назначением старшей ячейки, бит данных кольца не изменяется. Т.к. каждый коммутационный цикл интерфейса делает не более одного резервирования, конфликтные ситуации в коммутационной системе исключены. Во время кольцевого резервирования, ячейки, зарезервированные в предыдущий коммутационный цикл, отправляются в коммутационную систему.