The Design, Evolution, Analysis and Implementation of the Planar Switching Fabrics

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簡歷

基本資料

Project title

Code/計畫編號

NSC96-2221-E130-002

Translated Name/計畫中文名

全平面交換網路之設計、演化、分析與實現

Project Coordinator/計畫主持人

Haw-Yun Shin

Funding Organization/主管機關

National Science and Technology Council

Department/Unit

Department of Computer Science and Information Engineering, MCU

Website

https://www.grb.gov.tw/search/planDetail?id=1442103

Year

2007

Start date/計畫起

01-08-2007

Expected Completion/計畫迄

31-12-2007

Bugetid/研究經費

465千元

ResearchField/研究領域

電信工程

交換網路廣泛應用在計算機通訊、平行處理、分散式處理、階層交換(Switch Hierarchy)及積體電路繞線(IC Routing)等領域中。隨著DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) 技術發展，OXCs (Optical Cross-connects Switches) 在WDM 網路扮演波長交換的重要角色。在系統負載高時，交換網路常成為系統效能的瓶頸，若要提高系統效能較好的做法是採用無阻塞(Non-blocking)的交換網路。一般而言，無阻塞交換網路需要大量的交換元(Switching element)以及複雜的接線，而使得此種性質的交換網路結構複雜且價格昂貴。本計畫提出一種新型架構的平面式交換網路(Planar Switching Network)，簡稱為 2DPSN，此種交換網路具有規則性的排列架構，且所有交換元間之接線皆可在二維平面完成，因此，若建置於光交換機中，不會發生光導管跨越(crossover)的情形，可大大降低串音干擾的發生，若建置在電子式交換機中，由於接線簡單及交換元規則的排列，在積體電路的佈局上極易實現。此種交換網路使用較少數目的交換元，具有無阻塞的特性，因此，在許多應用領域中可以取代縱橫式網路(Crossbar Network)。具自由路(Self-route)能力之交換網路僅需依封包內輸出入位址便可控制交換元而正確抵達至輸出端，而不需額外連線建立演算法的計算。本計畫提出一具自由路功能之2DPSN，僅需將編碼後的輸出入位址做一次互斥或運算，即可得到輸入至輸出端路徑，連線演算法之複雜度為O（1）。 2DPSN 存在許多等價(equivalent)之交換網路。將2DPSN 之交換元移動後所形成之交換網路，若交換能力及交換網路特性與2DPSN 皆相同，則稱之與2DPSN 等價。本計畫擬證明出所有平面交換網路的數目，及2DPSN 演化成其它平面交換網路的規則，同時研究出一種通用型態的連線建立演算法用於演化出的平面交換網路，使得與2DPSN 有相同交換能力。為滿足下一世代通訊網路的需求，交換機必須具有廣播(broadcast)及群播 (multicast)能力，為使2DPSN 具有廣播及群播的能力,我們將2DPSN 之交換元擴展成為具有直行、交換、左廣播、右廣播的功能。具有廣播及群播的能力的2DPSN 我們稱之為 2DBPSN。本計畫擬提出具自由路功能之2DBPSN，僅需將編碼後的輸出群組位址與輸入位址做互斥或運算，即可得到輸入至輸出端群播路徑。為改善2DPSN 交換網路所需交換元數目及交換延遲時間，本計畫提出「三維平面交換網路」，簡稱3DPSN。3DPSN 以2DPSN 為模組以三層連接方式組合而成，而展成平面之 3DPSN 之連線方式是Clos 網路的特例，但3DPSN 所需交換元的總數遠小於Clos 網路之所需。本計畫擬於3DPSN 中研究其連線建立演算法，利用2DPSN 中O（1）之連線演算法，預期能提出一複雜度非常低，甚至可用於3DPSN 自由路的連線演算法。同時本計畫也提出「具群播功能之三維平面交換網路」，簡稱3DBPSN，以改善2DBPSN 交換網路所需交換元數目及交換延遲時間。本計畫也擬對2DPSN 及3DPSN 應用於光交換機之各種效能分析，包括串音(Crosstalk) 之分析、信號衰減之分析、所需交換元數目之分析及最大Crossover 之分析，並與現有光交換機架構進行比較。同時也對於2DBPSN 與3DBPSN 用於光交換網路之可行性評估與效能分析。當2DPSN、3DPSN、2DBPSN、3DBPSN 及其衍生出之平面交換網路完成分析後，本計畫將以SoC 平台實現所提之平面交換網路架構及連線建立演算法，以證明其擴充性及正確性，並以硬體自動產生封包對其做實際效能量測。當2DPSN 及3DPSN 完成量測及正確性驗證後，本計畫擬開放2DPSN 及3DPSN 之IP(Intellectual Property)原始碼供學術單位使用，並計畫將其製作成IC。

Keyword(s)

無阻塞交換網路
平面交換網路
群播交換
高密度分波多工
光交換機
SoC

DSpace CRIS

The Design, Evolution, Analysis and Implementation of the Planar Switching Fabrics

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