JPH02151151A - 交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、クロスポイント交換ネットヮークに関し、詳
しくは、高性能プロセッサを相互接続するための高速ク
ロスポイント交換システムに関するものである。

Ｂ、従来の技術 マルチプロセッシングは、技術の進歩につれて可能とな
った以上の計算速度を実現する手段として認識されてき
ている。そのようなマルチプロセッサ・システムの可能
な実施態様の１つを第２図に示す。このシステムはＮ個
のプロセッサ１０から構成され、プロセッサはそれぞれ
専用のメモリををする。プロセッサ１０の一部は、アプ
リケーシヨン・プロセッサで、ユーザのためにアプリケ
ーシヨン・プログラムを実行するが、別の一部は入出力
やシステム管理などの特殊な機能を実行する。高い可用
性が得られるよう、システムは通常、１台または複数の
プロセッサの故障に耐えられるように設計されている。

プロセッサ１０は５０ないし５００ＭＩＰＳで動作する
高性能コンピュータである。マルチプロセッサ・システ
ム内のプロセッサ１０は、リンク・アダプタ１２を経て
、高速ファイバ・リンク１４上を共通交換システム１６
を介してメツセージを送信することによって、相互に通
信を行なう。各プロセッサ１０と交換機１６との間のリ
ンク１４の数Ｎは、所期の通信帯域幅により異なる。第
２図に示されていないが、高い可用性を得るため、予備
リンクを設けることができる。

交換機１６は、動的に接続をセットアツプすることによ
ってシステム内の他のプロセッサにメツセージを送信す
る能力を各プロセッサ１０に与える。そうした接続は、
ある種のプロトコルのもとで誼立され終了される。最も
よく知られているプロトコルを２つ示すと、回線交換プ
ロトコルとメツセージ交換プロトコルである。回線交換
プロトコルでは、送信側がまず始めに交換機１６に、所
期の宛先のアドレスを含む制御メツセージを送信する。

次に交換機１６が２つのプロセッサ１０の間の通信経路
をセットアツプし、送信側に通知する。

次に送信側はメソセージを送る。データが適切に受信さ
れたという肯定応答が宛先から出ると、接続が遮断され
る。メツセージ交換プロトコルでは、通信経路は、デー
タ送信前にセットアツプされない。宛先のアドレスを含
むメツセージが、送信側から交換機１６に送信される。

交換機１６はメツセージを受は取ると、宛先への経路を
セットアツプしメツセージを送信しようとする。これに
成功した場合、メツセージが宛先に送信され、メツセー
ジの伝送終了直後に接続が遮断される。メツセージを適
切に受信した場合、宛先は、交換機１６を介して送信側
に肯定応答を独立したメツセージとして送信する。メツ
セージを交換機１６が受は取ったとき通信経路はすでに
利用不能であるため、交換機１６内に、宛先への通信経
路がセットアツプされている間メツセージを記憶するた
めのバッファが設けられている。

上記の各プロトコルは特定の環境に適している。

回線交換プロトフルは、最初に経路をセットアツプする
ためのオーバーヘッドが、リンクを通過して宛先にメソ
セージを伝送するための実時間に比べて小さいので、長
いメンセージの場合に有利である。メツセージ交換プロ
トコルでそのようなメツセージを取り扱うには、交換機
１６内で人世の緩衝動作が必要であり、したがって非常
に高価なものとなる。ただし短いメツセージの場合には
、回線交換プロトコルは経路をセットアツプするための
オーバーヘッドが、メツセージ伝送に必要な時間に比べ
て大きくなるので不十分である。このオーバーヘッドに
は、送信側から交換機１６に制御情報を伝播するための
時間及び応答を受は取るだめの時間、すなわちファイバ
・リンク１４における１往復伝播遅延が含まれる。大き
なデータ処理複合体内のファイバ・リンク１４は、長さ
が数１００ｍにも及ぶことがある。１ｍあたり約５ナノ
秒の転送速度では、総往復遅延は数マイクロ秒である。

メツセージ交換プロトコルでは、このようなオーバーヘ
ッドがない。それと同時に、交換機内で短いメツセージ
を緩衝記憶するコストも高くない。

第２図に示したマルチプロセッサ・システムでは、プロ
セッサ１０間の通信は短いメツセージと長いメツセージ
を含む。短いメツセージは、共通のタスクで協のして動
作するプロセッサ１０の同期化などの目的に使用される
。これらのメツセージの長さは、通常２５６バイトを超
えない。長いメソセージは、プロセッサ１０の相互間ま
たはプロセッサ１０と共用記憶装置との間でのデータ・
ページの移動に関連するものである。１ページのサイズ
は４キロ・バイト以上になることがある。

この２種のメツセージは、交換機１６に対して異なる要
求を果す。長いメツセージは、高速のデータ転送を実現
するため交換機１６内で高い帯域幅を必要とする。回線
交換プロトコルのもとでは、交換機１６をセットアツプ
するのに要する時間オーバーヘッドは、転送時間に比べ
て小さいので、あまり重要ではない。短いメツセージは
、低い帯域幅しか必要としないが、セットアツプ時間の
影響を受けやすい。したがって、両方の種類の通信を効
率的にサポートできるようにするため、交ＩＳ％　４１
１６は、長いメソセージのための高い帯域幅と短いメツ
セージのための低いセットアツプ時間を提供できなけれ
ばならない。交換システムを複数の交換面として実施す
ることが知られている。各面は、プロセッサごとに１本
のファイバ・リンクを取り扱う。このようなシステムは
Ｇ、レビゼー（Ｌｅｂｉｚａｙ）の米国特許第４Ｅ３９
５９９９号に記載されている。このシステムでは、各交
換面は、セットアツプ用の付随の制御回路を有する独立
したクロスポイント交換システムとして編成されている
。プロセッサからの８本のリンクがそれぞれ別の交換面
に接続されている。特定の伝送時に必要なだけのリンク
を使用することによって可変帯域幅が実現される。

交換システムには、適切な宛先にメツセージを経路指定
するため、各メツセージとともに特定の制御情報を必要
とする。これには、メツセージが送信される宛先アドレ
スと、セットアツプすべき接続の種類が含まれる。交換
システムで複数の交換面を使用する際、交換機にこの制
御情報を伝達する方法が２つある。第１の方法では、各
交換面を個別に取り扱い、リンク」二のデータより前に
送信側のすべてのリンク上に制御情報を送るものである
。各交換面は制御情報を受は取り、他の面とは無関係に
それ自体を構成する。これは米国特許第４８９５９９９
号による技法である。あるいは、交換面の１つを制御面
に指定し、制御情報の送信専用に使用することもできる
。交換面は独立してはいないが、同時に制御される。交
換面の１つだけが制御情報を受は取り、次いですべての
交換面をセットアツプする。セットアツプが完了すると
、すべてのリンクを介してデータを送信することができ
る。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 米国特許第４８９５９９９号に記載されているような独
立した交換面を利用する技法は、通常１秒あたり１ギガ
・バイト以上の高速交換に適用する場合、いくつかの大
きな欠点がある。各交換面に、接続を行なうのに必要な
制御情報を処理するためのハードウェアが必要である。

リンクから交換面に到着する着信データは、通常コード
化された形である。そのようなコードの１つは、米国特
許出願第５６７１９８号に記載されている８／１０コー
ドである。この種のコーディングは、エラー検出、ＤＣ
バランス、及び特殊制御文字が可能など多数の利点があ
る。このデータの復号は、制御情報をそこから抽出する
前に行なわなくてはならない。この復号では、着信デー
タからのクロック信号の生成と、直列ビット・ストリー
ムの並行データ・ワードへの変換が必要である。ギガ・
ビット速度でこれらの機能を提供するハードウェアは非
常に高価である。さらに、接続要求が処理のため待機し
ている間データを保持するためのバッファを各着信リン
クに設けなくてはならない。高速でのこの緩衝動作はコ
ストが非常に高くつく。最後に各面には、独立した制御
装置が必要である。この制御装置は、各面内で同じ１組
の接続を実現するため、他の制御装置と同期して動作し
なくてはならない。

したがって、本発明の１つの目的は、レビゼーの米国特
許第４６９５９９９号に開示されている実施態様に伴う
高いコストを要しない、可変帯域幅クロスポイント交換
システムを提供することにある。

本発明の別の目的は、メツセージ交換プロトコル及び回
線交換プロトコルによってプロセッサ間でメツセージを
転送することのできる複数面クロスポイント交換システ
ムを提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、プロセッサ間で短いメツセ
ージと長いメツセージを効果的に転送するための可変帯
域幅の高速複数面クロスポイント交換機を提供すること
にある。

０１課題を解決するための手段 本発明は、複数のプロセッサ間でデータを転送するため
の複数の交換面を有するクロスポイント交換システムを
提供する。交換面のうち少なくとも１つが、そこを通過
するデータ転送及び他の交換面を通過するデータ転送を
制御することができる。本交換システムは、プロセッサ
間通信用の２つのプロトコルを備えている。１つはメツ
セージ交換モードで、このモードでは１つの交換面だけ
がデータ転送に使用できる。また第２の回線交換モード
では、交換面のすべてがデータ転送に使用される。

本発明の好ましい実施例では、交換面はデータ面と制御
／データ面の２種類からなる。データ面はデータ転送専
用に使用され、メツセージからの制御情報を抽出するた
めのハードウェアや、交換面内のクロスポイントの設定
を判定するためのハードウェアは含まない。制御／デー
タ面は、データ転送とメツセージから抽出された制御情
報に基づく交換面のセットアツプという２重の機能を実
行する。短いメツセージは、短い待ち時間を実現するた
め、メツセージ交換モードで制御／データ面を介して交
換される。長いメツセージは、回線交換モードで交換面
すべてにデータを配布することによって転送される。

Ｅ、実施例 第１図を参照すると、本発明は、クロスポイント交換機
の複数の交換面から（バ成されるクロスポイント交換シ
ステム３０として示されている。各交換面は、データ面
３２または制御／データ面３４の２つのタイプのどちら
かである。面の総数はｎ個である。そのうちに個がデー
タ面３２で％ｎ−１（個が制御／データ面３４である。

少なくとも１個の制御／データ面３４が必要である。後
で説明するように、システムの信頼性と可用性を向上さ
せ、メツセージ交換動作モードでの帯域幅を拡大させる
ため、複数の制御／データ面３４を設けることができる
。説明を簡単にするため、本発明を１個の制御／データ
面３４とｎ＝１個のデータ面３２をもつ場合について説
明する。複数の制御／データ面３４を使用するより一般
的なケースについては後で扱う。

マルチプロセッサ複合体は、Ｎ個のプロセッサ１０また
はノードを有する。これらのプロセッサはそれぞれｎ個
の全２重リンク４０によって交換機３０に接続されてい
る。各全２重リンク４０は、各方向のデータ転送ごとに
１つずつ、１対の光ファイバ・リンクによって実現され
る。交換機３０では、特定のプロセッサｉと関連するＮ
個１組の全２重リンクをポートｉと呼ぶことにする。各
プロセッサ１０にｔ妾続されているリンク・アダプタ３
６は、交換機３０とプロセッサ１０のメモリ・サブンス
テムとの間のデータ転送をサポートする。

リンク・アダプタ３６は、あとで説明するような方式で
リンク４０上に伝送されるデータを配布し、受信データ
をメモリに転送するため再配置する。

リンク・アダプタ３６はまた、交換機３０を介して接続
を開始、維持及び終了するためのプロトコルを実現する
。

第１図に示すように、各リンク対４０は、交換機３０内
の交換面３２の１つまたは制御／データ面３４に接続さ
れている。各交換面３２及び制御／データ面３４は、そ
れに接続されているＮ本のリンク４０間でデータを転送
するための全２重Ｎ本Ｎクロスポイント・マトリックス
を含む。クロスポイント・マトリックスは、モラン（Ｍ
ｏｒａｎ）の米国特許第４０３２８９３号に記載されて
いるマトリックスと類似の両側クロスポイント・マトリ
ックスでもよく、またＣ、Ｊ、ゲオルギウ（Ｇｅｏｒｇ
　ｉｏｕ　）の米国特許第４Ｅ３０５９２８号に記載さ
れているような片側クロスポイント・マトリックスでも
よい。どの種類のクロスポイント・マトリックスを選択
するかは、本発明にとって重要ではない。交換面３２と
制御／データ面３４の下記の実施例では、両側クロスポ
イント・マトリックスを仮定する。マトリックス内の個
々のクロスポイントは、制御バス４４を介して送られる
コマンドによってセット及びリセットされる。すべての
交換面３２の制御は同期している。制御バス４４は、制
御／データ面３４によって駆動される。而３４は、すべ
てのデータ面３２に対するクロスポイントをセット及び
リセットするためのコマンドを同報通信する。各面３２
内のデータ経路は独立し同期している。

データ面３２ 第３図で、各データ面３２は、複数の光電子受信装置４
６と複数の光電子送信装置４８を介してＮ本のファイバ
・リンク４０に結合されているクロスポイント交換マト
リックス５０を含む。ファイバ・リンク４０に到着する
光パルスは、その光電子受信装置４６によって電気パル
スに変換される。受信装置４６の出力は直列データ・ス
トリームで、通常８／１０コードなど特定の形でコード
化されている。次にこのデータは復号されずにクロスポ
イント・マトリックス５０に渡される。クロスポイント
・マトリックス５０は、それぞれ着信ファイバ・リンク
４０に対応するＮ本の水平入力線５２、及びＮ個の発信
ファイバ・リンク４０に対応するＮ本の垂直出力線５４
として編成されている。（ｉｌｊ）番目のクロスポイン
トを活動化させると、ｉ番目の着信ファイバ・リンク４
゜とｊ番目の発信ファイバ・リンク４０の間に接続が確
立される。これは、制御Ｃ１ｊを活動化してクロスポイ
ント（ｉｌｊ）にある制御ゲート５６をオンにすること
によって実現される。交換機３０は全２重モードで動作
するので、クロスポイント（ｉｌ　ｊ）と（Ｊｓ　　＋
）は同時に活動化され非活動化される。したがって制御
線Ｃｊｊ及びＣｊｉは互いに結合されている。クロスポ
イント・マトリックス５０の出力線５４に出現するデー
タは、その光電子送信装置４８によって光パルスに変換
され、発信ファイバ・リンク４０に供給される。

第４図に示すようにデータ面３２内のクロスポイントを
セットアツプするための制御回路が、制御バス４４を介
して、クロスポイントをセットまたはリセットするコマ
ンドを受は取る。制御バス４４は、次の１組の線を有す
る。（１）接続される発信元ボートを表す第１組のアド
レス線６０、（２）接続される宛先ボートを表す第２組
のアドレス線６２、（３）接続コマンドと切断コマンド
を区別するためのセット線６４、及び（４）クロック線
６６である。各アドレス・セットは、Ｎ本のリンク４０
のどれかを接続可能にするためｌｏｇＮ本の線を有する
。発信元アドレス・デコーダ７０は、発信元アドレスを
符号化してＮ個の発信元選択線７２に供給する。宛先ア
ドレス・デコーダ７４は、線７６上の宛先アドレスに対
して同じ機能を実行する。ｉで表される発信元選択線７
２とｊで表される宛先選択線７６が同時に活動化すると
、（１１Ｊ）と（ｊ、ｉ）のクロスポイントが選択され
たことが指示される。これら２つの信号は、ＡＮＤゲー
グー８で結合され、フリップ・フロップ８０を制御する
のに使用される。フリップ・フロップ８０の出力は、ク
ロスポイント（ｉ、ｊ）及び（ｊｌ　１）用の制御ゲー
ト５６（第３図を参照）を駆動する。制御バス４４から
のセット信号６４が、ＡＮＤゲーグー８への第３の入力
として使用され、クロック信号６６が、フリップ・フロ
ップ８０のクロックとなる。Ｎ２クロスポイントの場合
、Ｎ２／２個のＡＮＤゲーグー８とフリップ・フロップ
８０しかないことに留意されたい。これは、制御線Ｃｉ
ｊとＣｊｉが、同じフリップ・フロップ８０によって駆
動されるためである。

データ面３２内のクロスポイントは、下記のようにして
制御バス４４からセット及びリセットされる。２つのボ
ートｉとｊの間の接続を確立するため、アドレスｉが、
２進数としてバス４４の発信元アドレス線６０」二に置
かれ、アドレスｊが宛先アドレス線６２」二に置かれる
。ただし、ｉとｊを交換しても影響はないことに留意さ
れたい。セット線６４は、切断コマンドの場合は、論理
０にセットされ、接続コマンドの場合は論理１にセット
される。次に線６θ上のクロック信号が活動化されると
、データ而３２内の選択されたクロスポイントがセット
もしくはリセットされる。各データ而３２が同じ信号を
受は取るので、すべてのデータ而３２内のクロスポイン
トが同期してセットまたはリセットされる。

制御／データ而３４ 第５図を参照すると、制御／データ而３４は、各データ
而３２のクロスポイント・マトリックス５０と同じクロ
スポイント・マトリックス９０を含んでいる。あるボー
トに関連する光ファイバ・リンク４０上の着信データは
、まず光電子受信装置９２によって電気信号に変換され
る。次にこのデータは、ボート・アダプタ９４に渡され
る。ボート・アダプタ９４は、後で詳しく説明するが、
着信メノセーノから制御情報を復号し、マトリックス制
御装置９Ｇに、メツセージ内で符号化されているように
接続または切断を実行するよう指令する。ボート・アダ
プタ９４は、接続が確立されている間メツセージを保持
するのに十分、な数のＦＩＦ　Ｏハ、ｙノア１３２（第
６図を参照）を含んでいる。マトリックス９０内の適切
なりロスポイントを設定することによって接続が確立さ
れると、発信元ボートのボート・アダプタ９４は、マト
リックス９０を介して、そのＦＩＦＯバッファ１３２の
出力部からのデータを、宛先ボートのボート・アダプタ
９４に渡す。光電子送信装置９８が、このデータを宛先
に送信する。

マトリックス制御装置９６は、プロセッサに関連する各
ボートから接続／切断要求を受は取って処理する。クロ
スポイント・ネットワーク用のこのようなマトリックス
制御装置は、当技術分野ですでに知られている。Ｃ，Ｊ
、ゲオルギウの米国特許第４６３００４５号に、片面ク
ロスポイント・ネットワーク用の高速パイプライン式マ
トリックス制御装置が記載されている。本発明における
マトリックス制御装置９６は、交換機３０のＮ個のボー
トそれぞれの状況を含む表を維持する。各ボートの状況
は、そのボートが現在接続されているかそれとも切断さ
れているかを示し、さらにアクセス制限（特定のボート
からのアクセスのみ）や故障によるボートの利用不能な
どそれ以外の情報を含むこともできる。

マトリックス制御装置９６は、発信元ボートから接続要
求を受は取ると、宛先ボートの状況ビットを検査し、要
求されている接続が可能であるか否かを判定する。接続
が可能な場合、マトリックス制御装置９６は、発信元ボ
ート及び宛先ボートの状況を「接続」としてマークし、
クロスポイント・マトリックス９０内のクロスポイント
をセットする。クロスポイント・マトリックス９０のセ
ットアツプは、１す御／データ面（第５図を参照）内の
デコーダ回路を使用して行なわれる。この回路は、以前
に説明したデータ而３２のデコーダ回路（第４図を参照
）と同じである。第５図に示すように、内部Ｒｒ’Ｊ御
バス１００は、マトリックス制御装置９６から延び、次
の１組の線を含む。（１）接続すべき発信元ポートを表
す第１のアドレス線セット１０２、（２）接続すべき宛
先ボートを表す第２のアドレス線セット１０４、（３）
接続コマンドまたは切断コマンドを示すセット線１０６
、及び（４）クロック信号線１０８である。発信元アド
レス・デコーダ１１０は、発信元アドレスを復号して８
本の発信元選択線１１２上に供給する。

宛先アドレス・デコーダ１１４は、宛先アドレスを復号
して８本の宛先選択線１１６上に供給する。

ｉで表される発信元選択線１１２とｊで表される宛先選
択線１１６が同時に活動化すると、クロスポイント（１
％　Ｊ）及び（Ｌ　　ｉ）が選択される。

これら２つの信号は、ＡＮＤゲート１１８で結合され、
フリップ・フロップ１２０を制御するために使用される
。フリップ・フロップ１２０の出力は、クロスポイント
（ｉ、ｊ）及び（Ｊｌ　＋）用の制御ゲート（図には１
つ示す）を駆動するため、制御線１１５に供給される。

制御バス１００からの線１０６上のセット化号が、ＡＮ
Ｄゲート１１８への第３の入力として使用され、線１０
８１のクロック信号は、フリップ・フロップ１２０のク
ロック入力である。

前４のデータ面３２（第２図を参照）の制御バス４４は
、マトリックス制御装置９６からの内部制御バス１００
の延長である。制御バス４４及び内部制御バス１００上
の信号は同じで、同じ機能を遂行する。内部制御バス１
００上の信号は、マトリックス制御装置９６からの線１
２４上の制御バス使用可能信号によって制御される１組
のバス・インターフェース・ドライバ１２２を介して、
制御バス４４で使用可能となる。制御バス使用可能線１
２４は、データ而３２内のクロスポイントを制御／デー
タ而３４上のクロスポイントに応じてセットアツプしな
くてはならない場合にのみ活動化される。これは、後で
説明する回線交換動作モードで必要となる。このとき、
メツセージを転送するためにすべての交換面３２と制御
／データ面３４の使用が要求される。クロスポイントを
活動化した後、マトリックス制御装置９６は、ボート・
バス１２６を介して、発信元ボート・アダプタ及び宛先
ボート・アダプタ９４に、クロスポイント・マトリック
ス９６を介したデータ転送を開始するよう使用可能信号
を送信する。宛先ボートが他のボートに接続されている
などの理由で、要求されている接続が不可能であること
をマトリックス制御装置９６が見出した場合、要求側ボ
ートのボート・アダプタ９４にこの状態が通知される。

次にボート・アダプタ９４は、要求されている接続が不
可能であることを要求側プロセッサ１０に通知する「拒
絶」メツセージを、発信リンク４０を介して送信する。

ボート・アダプタ９４の詳細については、第６図に示し
である。着信直列データ・ビット・ストリームは、まず
デシリアライザ１３０によって１０ビツトの並列文字に
変換される。デシリアライザ１３０の出力部に出現する
各１０ビツト・データは、８／１０コードでコード化さ
れた文字を表す。次にこのデータは、ＦＩＦＯバッファ
１３２によってｔＪＪ衝記憶される。バッファ１３２の
各ワードは、１０ビット幅である。バッファ１３２の記
憶容量は、少なくとも、メツセージ交換動作モードで送
信される最長メツセージの長さと同じ長さでなくてはな
らない。代表的長さは２５６ワードである。コード変換
器１３４は、ＦＩＦＯバッファ１３２の出力部に出現す
るデータを、出力部１３５に出現する８ビツトの文字に
変換する。コード変換器１３４はまた、制御用に使用さ
れる特殊文字を検出し、そのような文字が検出されたと
きに「制御文字検出」線１３６を活動化する。

メツセージの始めを示す制御文字が、ボート制御装置１
３８によってコード変換器１３４の出力部１３５で検出
されると、ボート制御装置１３８はいくつかの活動を実
行する。まず制御文字の後の、発信元アドレス及び宛先
アドレスを表す２バイトを、それぞれ発信元アドレス・
レジスタ１４０及び宛先アドレス・レジスタ１４２にラ
ッチする。次に、ボート制御装置１３８は、ボート・バ
ス１２６を介してマトリックス制御装置９６に、を妾続
要求を送信する。ボート・バス１２６によって送信され
る要求は、レジスタ１４０及び１４２からの接続すべき
発信元アドレスと宛先アドレス、及びボート制御装置１
３８からの制御線１４５上の制御信号を含む。マ）　Ｉ
Ｊフックス御装置９６から否定応答が得られた場合、す
なわちその要求が許可されなかった場合には、発信リン
ク４０を介して要求側プロセッサ１０に、「拒絶」応答
メツセージが送り戻される。この応答メツセージは、各
ボート・アダプタ９４のメモリ１４４に永久に記憶され
ており、したがってマトリックス制御装置９６は、その
ようなメツセージを生成するという負担から解放される
。このメツセージは、並列で符号化された形で記憶され
、シリアライザ・シフト・レジスタ１４６によって直列
データ・ストリームに変換されてから、リンク４０へ渡
される。

ボート制御装置１３ｇは、マトリックスル制御装置９６
から接続要求に対する肯定応答を受は取った場合、バッ
ファ１３２内で待機しているメツセージの後続部分をク
ロスポイント・マトリックス９０に進ませる。Ｆ’ＩＦ
Ｏバッファ１．３２の出力部に接続されているシリアラ
イザ・シフト・レジスタ１５０は、そのデータを直列形
式に再交換して、クロスポイント・マトリックス９０内
の１ビット幅の経、路によって取り扱えるようにする。

クロスポイント・マトリックス９０は、宛先アダプタ９
４が発信リンク４０に結合されている場合、データを宛
先アダプタ９４に切り替える。２−１マルチプレクサ１
４８は、発信リンク４０を、２つの発信元の１つ、すな
わちクロスポイント・マトリックス９０を介して交換さ
れたメツセージ、または局部的に生成された拒絶メツセ
ージのどちらかから駆動させる。

後で説明するように交換機３０（第２図）の２つの動作
モードを区別するため、メツセージの始めに２つの異な
る制御文字が使用される。メツセージ交換動作モードで
は、制御／データ而３４内のクロスポイント・マトリッ
クス９０（第５図）だけが使用可能となる。また、回線
変換動作モードでは、交換面３２のすべてと制御／デー
タ面３４が使用可能となる。これは、受信した制御文字
に応してマトリックス制御装置９６によって制御バス使
用可能信号１２４を選択的に活動化することによって実
現される。

第５図及び第６図に関して、ボート・バス１２６は、各
ボートのポート制御装置１３８とマトリックス制御装置
９Ｇとの間の通信手段となる。ボート・バス１２６は、
いくつかの方式で実施できる。

ボートの数が少ない場合、たとえば１６未満の場合には
、専用の要求／応答線対を各ボートごとに設けることが
できる。マトリックス制御装置９６は、各要求線を次々
にポーリングし、保留要求をもつボートにサービスする
。ボートにサービスする順序は、利用するサービス方式
によって異なる。

可能な一部の方式には、固定優先順位、ラウンド・ロビ
ン、及び回転優先順位がある。ボートの数が多い場合に
は、各ボートごとに１対の専用線を設けることは現実的
でない。この状況を処理する１つの可能な方法は、ボー
ト・グループに分割し、各グループごとに１つの線対を
提供するものである。たとえば、６４ボ一ト交換機で、
ボートをそれぞれ８個のボートからなる８つのグループ
に分割することができる。所与のボート・グループ内で
生じる要求は、そのグループ用の要求／応答線対へのア
クセスに関して相互に競合する。そのような回線争奪が
発生した場合、どちらの要求が優先されるかは、優先順
位回路によって選択される。

要求／応答線のほかに、ボート・アダプタ９４とマトリ
ックス制御装置９６との間でアドレス及びその他の制御
情報を転送するために、１組のアドレス線が設けられて
いる。アドレス線はすべてのボート・アダプタ９４によ
って共用され、所与の時間にサービスされているボート
・アダプタのみがその時それらの線へのアクセスを許さ
れる。

メツセージの構成 交換機３０を介してシステム内のあるプロセッサ１０か
ら別のプロセッサへ送信されるメツセージは、１つまた
は複数の文字フレームで構成される。各フレームは、特
殊な制御文字によって区切られる。そのフレームの始め
は第１の制御文字によって示され、フレームの終りは、
第２の制御文字によって示される。各プロセッサは、フ
レームの合間に、遊休文字と呼ばれる特殊文字を連続的
に送る。したがって、プロセッサ１０からの発信リンク
４０は、いつでもメツセージ・フレームと遊休文字スト
リームのどちらかを搬送する。

第７Ａ図は、ヘッダ１６２、情報フィールド１ｅ４及び
トレイラ１６６の３個の構成要素を含むメツセージ・フ
レーム１６０の構成を示ｆ。ヘッダ・フィールド１６２
とトレイラ・フィールド１６４はすべてのフレーム１６
０に存在するが、清報フィールド１６４は制御フレーム
と呼ばれる特定のフレームには存在しないことがある。

情報フィールド１６４は、宛先に送信される実データま
たはメツセージを含む。ヘッダ・フィールド１６２及び
トレイラ・フィールド１６６は、所期の宛先へのフレー
ム１６０の経路指定を可能にし、また交換機３０に特定
の制御情報を供給するために設けられる。ヘッダ・フィ
ールド１６２とトレイラ・フィールド１６６は、伝送時
にエラーを検出するための特定の手段をもたらすことに
より、宛先で受信される情報の妥当性を検査するのにも
役立つ。

第７Ｂ図に示すように、メツセージ・フレーム１６０の
ヘッダ１６２は、更に３つの個別フィールドを存する。

最初の文字１７０は、フレームの始め（ＳＯＦ）文字と
呼ばれる制御文字で、メツセージ・フレーム１６０を先
行する遊休文字ストリームから区切る。後で詳しく説明
する、様々な種類のフレーム１６０を区別するために、
異なるＳＯＦ文字１７０が使用される。このＳＯＦ文字
１７０の次に、それぞれメツセージ１６０の発信元アド
レスと宛先アドレスを表す２つの文字１７２と１７４が
続く。フレームの長さを指示し、他の制御機能を実施す
るため、ヘッダ１６２中に追加のフィールドを使用する
こともできるが、本発明にとって重要ではないので、説
明しない。

第７Ｃ図に示すように、メツセージ・フレーム１６０の
トレイラ１６６は、ＣＲＣフィールド１７６とフレーム
の終り（ＥＯＦ）区切り文字１７８の２つのフィールド
からなる。ＣＲＣフィールド１７０は、フレーム１６０
の送信側が情報フィールド１６４内のデータに関する巡
回冗長コードを記録するのに使用する。これは、後でメ
ツセージ１６０の伝送時に、受信側プロセッサが、エラ
ーの有ｆ１１（を検査するため、局所的に生成されるＣ
ＲＣと比較する。このようなＣＲＣ検査は通信システム
では普通のものである。ＥＯＦ区切り文字１７８は、特
殊制御文字で、フレーム１６０を後続の遊休文字ストリ
ームから区切ることによって、フレーム１６０の終りを
指示する。

様々なフレームの種類を区別するため、３つの異なるＳ
ＯＦ文字が使用される。

（１）メツセージ交換動作モード用の接続区切り文字（
Ｃ８ＯＦ１）。

（２）回線交換動作モード用の接続区切り文字（Ｃ８Ｏ
Ｆ２）。

（３）受動区切り文字（ＰＳＯＦ）。

同様に、様々なフレームの種類を区別するために、２つ
の異なるＥＯＦ文字が使用される。

（］）受動区切り文字（ＰＥＯＦ）。

（２）切断区切り文字（ＤＥＯＦ）。

２つの接続ＳＯＦ区切り文字のどちらかで始まり、ＰＥ
０Ｆ区切り文字で終わるフレームは、接続受動フレーム
と呼ばれる。開始区切り文字としてＣ３ＯＦ　ｌとＣ８
ＯＦ２のどちらが使用されるかに応じて、２種類の接続
受動フレームが可能である。同様に、接続−切断フレー
ムは、Ｃ３ＯＦ１またはＣ８ＯＦ２で始まりＤＥＯＦ文
字で終わるフレームである。受動−受動フレームは、Ｐ
ＳＯＦで始まりＰＥ０Ｆで終わるフレームである。

最後に、受動−切断フレームは、ＰＳＯＦ文字で始まり
、ＤＥＯＦ文字で終わるフレームである。

制御フレームは、情報フィールド１６４の長さがＯであ
る、すなわちヘッダ・フィールド１６２のすぐ後にトレ
イラ・フィールド１６６が続く、メツセージ・フレーム
である。このフレームの区切り文字は前述のを効な制御
文字のどれでもよい。

このようなフレームは、後で説明する、回線交換動作モ
ード用通信プロトコルを実施するのに有用である。

前述のように、プロセッサ１０から送信されるメツセー
ジは、１つまたは複数のフレーム１８０で構成される。

を効なメツセージの構成には、次のものがある。

（１）　Ｌａｔ−接続−切断フレーム。

（２）接続−受動フレームの後に、受動−切断フレーム
が続（もの。

（３）接続−受動フレームの後に、１つまたは複数の受
動−受動フレームが続き、受動−切断フレームで終わる
もの。

前記の構成により、メツセージは必ず２つの接続ＳＯＦ
区切り文字のどちらかで始まり、ＤＥＯＦ区切り文字で
終わるようになる。前述のように、ボート・アダプタ９
４は、ＳＯＦ区切り文字を受は取ったとき接続をセット
アツプし、ＤＥＯＦ区切り文字を受は取ったときその接
続を解除するように設計されている。受動区切り文字は
、すでにセットアツプされている接続に対しては何の影
響も与えない。

動作モード 本発明のもっとも重要な特徴の１つは、１つは短いメツ
セージに適し、もう１つは長いメツセージに適した２つ
の動作モードを交換システムがサポートすることである
。これら２つのモードを回線交換モード及びメツセージ
交換モードと呼ぶ。

どのメツセージも、どちらかのモードを使って、他のメ
ツセージとは独立に、かつそのとき他の通信プロセッサ
で使用されている動作モードとは独立に送信することが
できる。次に、この２つの動作モードを、プロセッサＡ
からプロセッサＢへのメツセージ送信に関して説明する
。

メツセージ交換動作モードでは、制御／データ而３４と
その関連リンク４０だけがメツセージの転送に参加し、
２台の通信プロセッサの残りのリンクは遊休状態のまま
である。発信元プロセッサＡから送信されたメツセージ
は、前述の３つの有効なフレームの組合せのどれかによ
る１つまたは複数のフレーム１６０から構成される。最
初のフレームの開始区切り文字１７０はＳＯＦ　１文字
で、最後のフレームの終了区切り文字１７８はＥＯＦ文
字である。フレーム１６０の長さは、コード・アダプタ
９４内のＦＩＦＯバッフＴ１３２の容量を超えてはなら
ない。

プロセッサＡから最初のフレーム１６０のヘッダ１６２
を受は取ると、制御／データ而３４内のボート・アダプ
タ９４がマトリックス制御装置９６に接続を要求し、前
述のように接続がセットアツプされる。マトリックス制
御装置９６は、セットアツプ処理中に制御バス使用可能
信号１２４を非活動化して、セットアツプ・コマンドが
データ而３２に同報通信されないようにする。発信元プ
ロセッサＡのリンク・アダプタ３６は、制御／データ而
３４に接続されたリンク４０上にメツセージを経路指定
し、残りのリンク４０は遊休状態のままである。受信側
プロセッサＢのリンク・アダプタ３６は、交換機３０に
よって渡されたメツセージの第１フレームのＣ３ＯＦ　
１文字から、メツセージ交換動作モードを認識する。次
にリンク・アダプタは、制御／データ而３４から受は取
ったデータを、プロセッサＢのメモリ・サブシステムに
転送する。

第２の動作モードは回線交換モードである。このモード
では、メツセージが次のように送信される。発信元プロ
セッサＡは、まず宛先アドレスとしてプロセッサＢを指
定する制御フレームを制御／データ面３４に送信する。

この制御フレームは、Ｃ３ＯＦ２区切り文字を持つ接続
−受動フレームである。ボート・アダプタ９４は、Ｃ３
ＯＦ２区切り文字を受は取ると、回線交換動作モードを
認識する。ボート・アダプタ９４は、まずプロセッサＢ
に接続されているボートが使用中であるかどうか知るた
め検査を行なう。使用中である場合は、拒絶メツセージ
が制御／データ面３４からプロセッサＡに送り戻される
。拒絶メツセージを受は取ると、プロセッサＡはそのト
ランザクシロンを終了する。同じ手順を使用して後でも
う１回状行することもできる。プロセッサＢが使用中で
ないことをボート・アダプタ９４が見出した場合、メツ
セージの転送は下記のように進行する。

（１）ボート・アダプタ９４が、前述のようにマトリッ
クス・クロスポイントをセットアツプする。

制御バス使用可能線１２４が、マｌ−ＩＪソクス制御装
置９６によって活動化され、その結果、制御バス４４」
二のすべてのデータ而３２にセットアツプ・コマンドが
回報通信される。これによって、データが、ｎ個のリン
ク４０すべてに配布される。

（２）ボート・アダプタ９４は、制御／データ面３４の
クロスポイント・マトリックス９０を介してプロセッサ
Ａから受は取った制御フレームを、プロセッサＢに伝送
する。プロセッサＢのリンク・アダプタ３６は、制御フ
レームを受は取ると、回線交換動作モードを認識し、そ
の着信リンク４０のすべてでデータを受は取る準備をす
る。リンク・アダプタ３６は、必要なバッファ、及び１
本のリンク４０上の着信データを単一のデータ・ストリ
ームに変換するのに必要なハードウェアを備えている。

（３）初期制御フレームの送信後、プロセッサＡは、拒
絶メツセージを予期して一定の時間待つ。この時間は、
プロセッサＡと交換機３０の間の最悪の場合の往復伝播
遅延と、ボート・アダプタ９４及びマトリックス制御装
置９６がプロセッサＡから制御フレームを受は取った後
に拒絶フレームを送信するのに必要となるすべての活動
を完了するのに要する最大合計時間との和として設定さ
れる。

この期間に拒絶フレームを受は取らなかった場合、プロ
セッサＡは、その接続がうまくセットアツプされたもの
と想定する。次にプロセッサＡは、１本のリンク４０す
べてに均等にデータを分散して、メツセージを送信する
。各リンク４０上を送信されるデータは、単一フレーム
または複数フレームとして編成することができる。各フ
レームは、受動−受動フレームである。

（４）プロセッサＢのリンク・アダプタ３６は、その１
本の着信リンク４０すべででデータを受は取り、そのデ
ータを単一データ・ストリームとしてメモリに転送する
。

（５）メツセージ伝送が完了すると、プロセッサＡのリ
ンク・アダプタ３６は、区切り文字ＰＳＯＦ及び１）　
Ｅ　ＯＦを持つ制御フレームを、交換機３０の制御／デ
ータ而３４に送信する。ボート制御装置１３８は、ＤＥ
ＯＦ文字を受は取ると、まずこのフレームをプロセッサ
Ｂに中継し、次に２つのプロセッサ間のクロスポイント
をリセットして、プロセッサＡとＢの切断を行なう。マ
トリックス制御装置９６からの切断コマンドは、制御バ
ス４４を介してすべてのデータ而３２に同報通信され、
したがってプロセッサＡ及びＢの両方のｎ木のリンク４
０がすべて解放されて、新しい接続が可能となる。

（６）プロセッサＢのリンク・アダプタ３６は、交換機
から中継された制御フレームを受は取ると、メツセージ
の終りを識別し、そのセッションヲ終了する。

このように、本発明は、交換機３０を介して送信される
すべてのメツセージについて２つの動作モードの一方を
選択できるというフレキシビリティを与える。モードの
選択は、性能が最大になるように、すなわち特定のメツ
セージに要する総通信時間が最小となるように行なわな
くてはならない。

したがって、短いメツセージにはメツセージ交換モード
を使用し、長いメツセージには回線交換モードを使用す
る。長い、短いの区別は、ファイバ・リンク４０の長さ
、各交換面３２の帯域幅、及びシステム内の交換面３２
の数によって決まる。例としてｎ＝８個の交換面（デー
タ而３２と制御／データ面３４を含む）をもつシステム
を考えてみる。これらの交換面はそれぞれ１ギガバイト
／秒で動作するものとする。さらに、各ファイバ・リン
ク４０は、長さ２００メートルであり、約２マイクロ秒
の往復伝播遅延が導入されるものと想定する。また、コ
ーディング及びその他の要因によって導入されるオーバ
ーヘッドは無視して、長さ１２８バイトのメツセージ１
６０を考える。メツセージ交換動作モードでは、１２８
バイトのメツセージ１６０の伝送に要する時間は１．０
２４マイクロ秒である。回線交換動作モードでは、８本
のリンクすべてが使用されるので、伝送時間は１２８ナ
ノ秒に改善される。ただし、そのほかに回線交換モード
では接続を確立するのにさらに２７．イクロ秒かかる。

したがって、回線交換モードでの総通信時Ｈ＋２１は、
メツセージ交換モードの通信時間の約２倍となる。逆に
長さ４０９６バイトのメツセージの総通信時間は、メツ
セージ交換モードでは３２．７６８マイクロ秒、回線交
換モードでは４゜０９６＋２＝６．０９６マイクロ秒と
なる。したがって、こうした状況のもとでは明らかに回
線交換モードを選択すべきである。

大型のマルチプロセッシング複合体でよ＜見うれるが、
プロセッサ１０と交換機３０との間の距離が大きい場合
には、ファイバ・リンク４０における伝播遅延が重要と
なってくる。そのような環境では、短いメツセージにメ
ツセージ交換モードを使用するのがさらに有効である。

複数制御／データ面の利用 以上、本発明を、単一の制０′ｌＩ／データ而３４に関
して説明してきた。しかし、この構成は、信頼性及び可
用性を向上させるため、複数の制御／データ而３４をサ
ポートする。

複数のデータ面３２を使用することの利点の１つは、デ
ータ面３２または関連する通信りンク４０の一部が故障
しても、システムが残りのデータ面３２を使って、なお
動作を続行できるという点にある。制御／データ面３４
が単一の障害点となる。複数の制御／データ面３４を使
用すると、このような問題が解決できる。

一般に、システムは、ｋ個の制御／データ面３４とｎ−
に個のデータ面３２を組み込んで構成できる。いつでも
、活動制御／データ面と呼ばれる制御／データ面３４の
どれか１つだけが制御機能を実行する。受動制御／デー
タ面と呼ばれる残りの制御／データ面３４は、制御機能
が使用不能となって単にデータ面として働く。活動制御
／データ面３４でシステムの動作を破壊する恐れのある
障害が発生した場合、その機能は、受動制御／データ面
の１つに引き継がれる。したがって、その結果は、デー
タ面３２の損失と同程度のもので、帯域幅の低下たけで
すむ。

４、図面のｒｌＴｉ　’ＩＬな１説明 第１図は、本発明の複数面クロスポイント交換機を使用
したマルチプロセッサ・システムのブロック図である。

第２図は、従来のマルチプロセッサ・システムのブロッ
ク図である。

第３図は、クロスポイント交換機のデータ面内のデータ
経路のブロック図である。

第４図は、クロスポイント交換機のデータ面内の制御回
路のブロック図である。

第５図は、クロスポイント交換機の制御／データ面を詳
細に示すブロック図である。

第６図は、クロスポイント交換機のボート・アダプタの
ブロック図である。

第７八図ないし第７Ｃ図は、それぞれメツセージ・フレ
ーム、ヘッダ・フィールド及びトレーラ・フィールドの
フォーマットを示す図である。

３０・・・・クロスポイント交換システム、３２・・・
・データ面、３４・・・・制御／データ面、３６・・・
・リンク・アダプタ、４０・・・・全２重リンク、４６
．９２・・・・光電子受信長ｆｋ　ｚ　４８．９８・・
・・光電子送信装置、５０．９０・・・・クロスポイン
ト・マトリックス、９４・・・・ボート・アダプタ、９
６・・・・マトリックス制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のプロセッサを選択的に接続するための交換
   システムにおいて、 データを転送するための複数の交換面を有する交換手段
   と、 それぞれその第１の端部で、前記交換面の１つに結合さ
   れ、第２の端部で前記プロセッサの１つと結合された、
   複数のデータ・リンクとを含み、前記交換面の少なくと
   も１つは、その交換面を介するデータ転送を制御し、か
   つ他の交換面を介するデータ転送を制御するよう適合さ
   れており、前記交換手段が、前記少なくとも１つの交換
   面だけがデータ転送に使用される第１のモード、並びに
   前記少なくとも１つの交換面及び前記他の交換面がデー
   タ転送に使用される第２のモードで動作可能なことを特
   徴とする 交換システム。
2. （２）複数のプロセッサ間でのデータ転送を制御するた
   めの交換システムにおいて、 複数のデータ面及び少なくとも１つの制御／データ面を
   含むデータ転送のための複数の交換面を有する交換手段
   と、 それぞれその第１の端部で前記交換面の１つに結合され
   、第２の端部で前記プロセッサの１つに結合された、複
   数のデータ・リンクとを含み、前記制御／データ面が、
   データ経路を選択し、前記プロセッサ間でデータを転送
   するために前記データ面を経由するデータ経路を選択す
   るための制御手段を含み、 前記交換手段が、前記制御／データ面内のデータ経路の
   みがデータの転送に使用される第１のメッセージ交換モ
   ードと、前記制御／データ面及び前記データ面内のデー
   タ経路がデータの転送に使用される第２の回線交換モー
   ドで動作可能なことを特徴とする 交換システム。