3.3. CÁC MẠNG CHUYỂN MẠCH
3.3.2. Mạng Chuyển Mạch Đơn Tầng
Trong mạng chuyển mạch đơn tầng, các đầu vào và đầu ra được nối với nhau bởi một tầng đơn các phần tử chuyển mạch.
3.3.2.1 Ma Trận Chuyển Mạch Mở Rộng:
Đây là một thí dụ của ma trận chuyển mạch mở rộng được tạo thành từ các phần tử chuyển mạch kích thước b*b. Tuy vậy khi sử dụng trong ma trận chuyển mạch mở rộng, các phần tử chuyển mạch cần phải được bổ sung b đầu vào hoặc b đầu ra. Tín hiệu được đưa tới đầu vào của cột phần tử chuyển mạch kế tiếp thông qua các đầu ra bổ sung. Đầu ra thường của các phần tử chuyển mạch được nối với đầu vào bổ sung của các phần tử chuyển mạch ở hàng dưới nó trong cùng một cột. Ưu điểm của ma trận chuyển mạch mở rộng là trể qua mạng chuyển mạch nhỏ do mỗi tế bào chỉ được đưa vào bộ đệm một lần khi qua mạng. Khi số đầu vào tăng lên thì số phần tử chuyển mạch cũng phải tăng lên, điều này giới hạn kích thước của ma trận chuyển mạch mở rộng ở giá trị đầu vào, đầu ra là 64*64 và 128*128 Inputs/Outputs.
b b b b
b b b b
b b b b
b b b b
b b b b
b b b b b b b b
b b b b
Đầu Vào Bổ
Sung
Đầu Ra Bổ Sung
Đầu ra
Hình: Ma Trận Chuyển Mạch Mở Rộng Đầu
Vào
3.3.2.2. Mạng Chuyển Mạch Hình Phễu:
Hình: Mạng Chuyển Mạch Hình Phễu
Trong mạng chuyển mạch không tắt nghẽn trên hình, các phần tử chuyển mạch được nối với nhau theo một cấu trúc giống như hình phễu. Tất cả phần tử chuyển mạch đều có 2b đầu vào và b đầu ra. Có thể coi mỗi phễu là một ma trận chữ nhật có N đầu vào và b đầu ra. Như vậy, trong mạng chuyển mạch N đầu vào và N đầu ra sẽ có tổng cộng N/b phễu mắc song song với nhau. Cấu trúc chuyển mạch hình phễu cũng chỉ được áp dụng với các mạng chuyển mạch có kích thước nhỏ cỡ khoảng 32*16 hoặc 128*128.
3.3.2.3. Mạng Chuyển Mạch Trộn:
Nguyên tắc làm việc của mạng chuyển mạch trộn dựa trên sự trộn hoán vị các phần tử chuyển mạch ở tầng đơn. Cơ chế phản hồi được áp dụng trong mạng chuyển mạch trộn để nối một đầu ra bất kỳ với một đầu vào cho trước. Như vậy tế bào có thể đi qua lại một vài lần trong mạng trộn trước khi đi tới đầu ra cho trước. Tại đầu ra của phần
SE 2b*b
SE 2b*b SE
2b*b
SE 2b*b
SE 2b*b
SE 2b*b
Phễu thứ 1
Phễu thứ N/b b đầu ra
2b đầu vào N đầu
vào
b đầu ra
N đầu ra
Đầu
Vào Đầu
Ra Đường Phản Hồi
Hình:
Mạng Chuyeồn
Mạch Trộn
tử chuyển mạch, bộ điều khiển đầu ra cần phải xét xem cần phải đưa tế bào vào đường phản hồi hay nó có thể ra khỏi mạng trong trường hợp đầu ra đó là đầu ra đã cho. Mạng chuyển mạch trộn có ưu điểm là số phần tử chuyển mạch ít, tuy vậy trễ trong mạng lớn và phụ thuộc vào số lần tế bào đi qua phần tử chuyển mạch.
3.3.3. Mạng Chuyển Mạch Đa Tầng:
Mạng chuyển mạch đa tầng được xây dựng từ vài tầng của phần tử chuyển mạch, các tầng này được nối với nhau theo một vài dạng cho trước. Tùy theo số đường một tế bào có thể đi từ đầu vào tới đầu ra trong mạng mà mạng đa tầng được chia thành hai nhóm con là mạng một đường và mạng đa đường.
3.3.3.1. Mạng Một Đường:
Trong mạng một đường chỉ có một đường duy nhất nối một đầu vào tới một đầu ra cho trước. Các mạng này còn gọi là mạng chuyển mạch Banyan. Bởi vì chỉ có một đường nối giữa đầu vào và đầu ra cho nên việc định đường sẽ rất đơn giản. Nhược điểm của mạng Banyan là tắt nghẽn bên trong có thể xảy ra khi nhiều tế bào cũng đồng thời yêu cầu một đường nối. Mạng Banyan lại được chia nhỏ thành vài nhóm chính được trình bày dưới đây.
Trong mạng Banyan mức L (mạng Banyan có L tầng), chỉ có các phần tử chuyển mạch ở những tầng tiếp giáp nhau là được nối với nhau. Mỗi đường nối sẽ đi qua một tầng L định trước. Có hai loại mạng Banyan mức L là mạng Bayan thông thường và mạng Banyan bất quy tắc. Mạng Banyan thông thường được xây dựng từ các phần tử chuyển mạch cùng loại trong khi mạng Banyan bất quy tắc được xây dựng từ các loại phần tử chuyển mạch khác nhau.
Mạng Delta là một dạng đặc biệt của mạng Banyan mức L. Chúng được xây dựng từ các phần tử chuyển mạch có F đầu vào và S đầu ra. Tổng cộng số đầu ra của mạng Delta là SL. Trong đó L là số tầng của mạng. Mỗi đầu ra có thể được nhận biết bằng một địa chỉ đích duy nhất. Địa chỉ này là một số dựa trên đầu ra S và số tầng L. Mỗi số chỉ ra đầu ra của tế bào trên phần tử chuyển mạch ở một tầng xác định. Phương pháp định đường đơn giản trong mạng Delta còn được gọi là phương pháp tự định đường.
Trong mạng Delta hình chữ nhật, các phần tử chuyển mạch có số đầu vào và đầu ra là như nhau (S=1). Như vậy số đầu ra và đầu vào của mạng cũng bằng nhau. Các mạng này còn được gọi là mạng chuyển mạch Delta-S. Hình sau minh họa một mạng Delta-2 với bốn tầng. Đường đậm nét là đường từ đầu vào số 5 tới đầu ra số 13.
2 3 0 1
4 5
6 7
8 9
10 11
12 13
14 15 0
1
2 3
4 5
6 7
8 9
10 11
12 13
14 15
Taàng 1 Taàng 2 Taàng 3 Taàng 4
Hình: Mạng Delta-2 có 4 Tầng
3.3.3.2. Mạng Đa Đường:
Trong mạng đa đường, có thể có rất nhiều đường liên kết được nối từ đầu vào tới một đầu ra cho trước. Vì vậy mạng đa đường có ưu điểm là chúng làm giảm hoặc thậm chí loại bỏ hẳn tắc nghẽn xảy ra bên trong mạng chuyển mạch.
Trong phần lớn các mạng đa đường, việc chọn đường liên kết bên trong được thực hiện trong giai đoạn thiết lập cuộc nối. Tất cả các tế bào thuộc về cùng một cuộc nối đều dùng chung một đường liên kết bên trong. Nếu các phần tử chuyển mạch sử dụng đệm theo kiểu FIFO thì sẽ không cần dùng các cơ chế để bảo toàn thứ tự các tế bào.
Các mạng đa đường lại được phân loại thành mạng gấp vòng (Folder Network) và mạng không gấp (Unfolder Network) .
Hình: Mạng Chuyển Mạch Gấp Vòng Ba Tầng
Trong mạng gấp vòng, tất cả đầu vào và đầu ra đều nằm về một bên của hệ thống chuyển mạch, các đường liên kết bên trong đều hoạt động theo hai chiều vào và ra. Do đó mạng gấp vòng có ưu điểm là rút ngắn được đường liên kết bên trong. Thí dụ nếu đầu vào và đầu ra đều thuộc về cùng một phần tử chuyển mạch thì tế bào sẽ được đưa ra trực tiếp từ phần tử chuyển mạch này mà không cần thiết phải chuyển qua các tầng sau.
Số phần tử chuyển mạch mà một tế bào phải đi qua sẽ phụ thuộc vào vị trí của đầu vào và đầu ra trong mạng.
Hình trên minh họa một mạng gấp vòng ba tầng được xây dựng từ các phần tử chuyển mạch kích thước b*b, như vậy số cổng vào/ra của mạng này là (b/2)*(b/2)*b.
Trong mạng không gấp, các đầu vào và đầu ra nằm ở hai phía đối diện nhau, các đường liên kết bên trong là một chiều vì vậy số phần tử chuyển mạch mà tế bào phải đi
b/2 b/2 b/2
b/2 b/2
b/2 b/2 b/2
b/2
b/2 b/2
b/2 b/2 b/2
b/2 b b/2
b
b
b 1
1 1 1
1
1 1
b/2 b/2 b/2 b
b/2 b/2 b/2
qua là không đổi. Cấu trúc mạng không gấp đa đường được xây dựng trên cơ sở của mạng một đường. Dưới đây sẽ trình bày một số mạng không gấp cơ bản.
Một trong số các loại mạng không gấp là mạng kết hợp giữa mạng Banyan với một mạng phân phối. Để giảm tắt nghẽn, mạng phân phối có nhiệm vụ phân phối tế bào một cách đều đặn tới đầu vào mạng Banyan. Cơ chế bảo toàn thứ tự các tế bào cần phải được thực hiện trong loại mạng này.
Một loại mạng khác được tạo thành từ sự kết hợp giữa mạng sắp xếp, mạng giữ tế bào và mạng chuyển mạch Banyan. Mạng sắp xếp có nhiệm vụ sắp xếp các tế bào đi vào trong mạng
thành một dòng đơn phụ thuộc vào thứ tự và địa chỉ đích của chúng. Mạng giữ tế bào sẽ căn cứ vào đầu ra của từng tế bào mà cho phép chỉ một tế bào được đi tới mạng banyan, các tế bào còn lại được mạng giữ tế bào phản hồi trở về mạng sắp xếp. Những tế bào quay trở lại mạng sắp xếp sẽ có mức ưu tiên cao hơn nhằm đảm bảo thứ tự không đổi. Các tế bào đi vào mạng Banyan được đưa tới đầu ra mà hoàn toàn không sợ xảy ra taéc ngheõn.
Mạng saép xeáp
Mạng giữ tế bào
Mạng Banyan Hình: Cấu trúc chung của chuyển mạch kết hợp giữa
mạng sắp xếp mạng giữ tế bào và mạng Banyan
Đầu vào Đầu ra
Mạng phân
phối Mạng
Banyan Đầu
vào
Đầu ra Hình: Cấu trúc chung của chuyển mạch kết hợp
giữa mạng phân phối và mạng Banyan
Ngoài hai loại mạng trên còn có mạng đa đường được xây dựng từ vài mạng chuyển mạch Banyan kết hợp lại, các mạng Banyan này được sắp xếp trên các mặt phẳng nằm song song với nhau. Tất cả các tế bào của một cuộc nối sẽ được truyền trên cùng một mặt phẳng. Một tế bào đi vào hệ thống chuyển mạch được chuyển tới mặt phẳng thích hợp nhờ những bộ phận phối được lắp ở mỗi đầu vào. Tại đầu ra của hệ thống chuyển mạch, các bộ ghép kênh sẽ thu thập các tế bào từ tất cả các mặt phẳng.
Hình trên minh họa cấu trúc mạng Banyan song song.