通信工程师交换技术考试ATM的交换网络[3]

Banyan结构具有三个重要特征：第一，每个输入和输出间仅有通道；其次，具有比特控制的自选路由功能；第三，模块化结构，如图6-13所示。其中，每个方框代表一个交换元件，它具有两个输入和输出，可根据输入路由标签确定输出线（路由标签为0,输出到0线；路由标签为1,输出到1线）。

下面以三级Banyan结构为例，简要说明工作过程，当比特流010,0111011（其中010为路由标签，代表输出端口号）进入交换结构，第一级交换元件根据接收的第一比特决定比特流的出线，然后将第一比特丢弃，重复上述操作直至到达相应输出端口。在第一级中比特流输出到0线，第二级中比特流输出到1线，第三级输出到0线，正好到达指定端口且路由标签己丢弃，仅剩用户信息流。

显然，这种交换结构具有简单、模块化、可扩展性好及信元交换时延小等优点，但也存在着明显的问题。如图6-14,当两个数据块同时送往输出端口011和010时，在第二级交换元件中就会产生共同使用1线路的情况，也就是发生了碰摘，如果不采取适当措施，这种碰撞会导致信元丢失。这种因争抢交换结构内部资源而引起信元丢失的现象称为内部阻塞。另外，当两个数据块同时送往同一输出端口时，还会发生输出阻塞。当然，由于输出阻塞不是由于交换结构本身的缺陷造成的，采用前面介绍的输入或输出缓冲排队方法可以很好地解决这个问题。第一级第二级第三级那么如何解决内部阻塞目前，主要采取以下两种方法。

（a）在Banyan结构的每个交换元件中加上缓冲器（既可是输入缓冲，也可是输出缓冲），构成缓冲Banyan结构。但这种方式中究竟采用多大容量的缓冲器，以及所带来的性能改善情况，尚待进一步研究。另外，加上如此多的缓冲器，明显地增加了交换结构的成本。

（b）经过研究发现，只要Banyan结构同时输入的全部数据块（信元）的输出地址（路由标签）单调排列（即递增或递减），则不存在内部阻塞。因此，可在Banyan前加入排序网络（BatcherSortingNetwork），构成Batcher-Banyan结构；如图6-15所示。

Batcher-Networic根据信元的目的地址将其按升序排列，每个节点比较两个信元的目的地址，并将高地址信元送到高端，低地址信元送到低端。当仅有一个信元时，将它送到低端。

③Delta结构

Delta结构是Banyan结构的一个子集，当Banyan结构2x2的交换元件换成mN的，同样是输入和输出端口之间只有一条通路，自选路由方式且模块化的交换元件互连网络，即为Delta交换结构。构成Delta交换结构的交换元输入#16件是AWV的交换模块，如图6>16所示。虽然图6-16Delta交换结构Delta结构中每个交换元件的复杂度大大超过了Banyan结构的交换元件，但如果每个mN交换元件是无内部阻塞的，那么Delta结构的性能比Banyan结构好得多。但是Delta交换结构本身依然是有阻塞的，其性能随着网络规模的增大而降低，而且对输入业务模式十分敏感。

Delta结构采用下述方法来减少潜在的阻塞条件：第一，提高交换结构内部链路相对于输入和输出端口的速度：第二，在交换元件中引入信元缓冲器：第三，在交换元件之间实现多条内部路径。

④重环回结构

Batcher-Banyan结构有效地消除了内部阻塞，但当有两个以上信元同时去往同一出线时，还会产生输出阻塞。对于输出阻塞，可以采用输入或输出缓冲排队方式解决。但输入缓冲存在队头（HOL）阻塞，导致交换结构的吞吐率下降，对输出缓冲的速度和容量要求较高。一种称为重环回的结构，可以改进Batcher-Banyan结构的性能。

重环回结构的主体就是Batcher排序网络和Banyan网络（简称B-B网），只是它不设输入队列，入线上的信元都能同时进入Batcher网，当遇到相同的地址进行比较时，Batcher任选出线。Banyan不允许含有同样地址的信元同时进入，在Batcher和Banyan之间加了一个清洗和提升网络以及一个集中缓冲器。如图6-17所示，信元（1），（2），（3）和（4）分别送到3,1,4和3,经过Batcher排序后，集中缓冲器从Batcher网的输出中挑出地址相同的信元（1）3和（4）3,放行（4）3,而将（1）3送集中缓冲器，经过清洗和提取后的信元（2）1,（4）3和（3）4送入Banyan网，保证fBanyan输入的单一有效特性，避免了输出碰撞现象。而暂存于缓冲器的信元（1）3重新送回Batcher网输入端。

采用重环回结构，当需要环回的信元很多，超过了缓冲器的容量，会产生信元丢失。另外，重环回信元会造成信元次序混乱，时延也很大，为了防止这种现象产生，反馈回Batcher网的信元被赋以高的优先权，如下次再和其他信元碰撞，清洗和提升网络应给予优先放行。

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