DE69621513T2

DE69621513T2 - ATM Vermittler mit Verwendung eines synchronen Gruppenvermittlungsverfahrens

Info

Publication number: DE69621513T2
Application number: DE69621513T
Authority: DE
Inventors: Tuan Ha-Duong
Original assignee: Ericsson France SAS
Current assignee: Ericsson France SAS
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2016-03-23
Also published as: EP0735727B1; EP0735727A1; JP3745443B2; US5768270A; FR2732534B1; ES2177741T3; JPH08288954A; FR2732534A1; DE69621513D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Vermittlung in Netzen mit asynchronem Transfermodus (ATM).
Obwohl seit etwa fünfzehn Jahren zahlreiche Vorschläge über die Architektur der ATM-Vermittler gemacht worden sind, sind diejenigen selten, die einem echten gewerblichen Ziel nachkommen. Deswegen ist es erforderlich, verschiedene Bedürfnisse des Netzes zu berücksichtigen, insbesondere die dynamische Expansion der Kapazität der Vermittler, die in der Zeit und im Raum beträchtlich variieren.
Unter den Pionierarbeiten über die ATM-Vermittler lassen sich drei bemerkenswerte Gestaltungen erwähnen, die auf drei völlig unterschiedlichen Grundprinzipien beruhen: der Vermittler Prelude (siehe "Asynchronous Time Division Techniques: An Experimental Packet Network Integrating Video Communication" von A. Thomas et al., Proc. ISS'84, Florenz, Mai 1984, Artikel 32C2), der Vermittler Starlite (siehe "Starlite: A Wideband Digital Switch", von A. Huang et al., Proc. GLOBECOM'84, Atlanta, Dezember 1984, Seiten 121-125) und der Vermittler Knockout (siehe "The Knockout Switch: A Simple, Modular Architecture for High-Performance Packet Switching" von Y. S. Yeh et al., IEEE JSAC, Vol. SAC-5, Oktober 1987, Seiten 1274-1283). Eine Übersicht dieser Grundtechniken kann im Artikel "Fast Packet Switch Architectures for Broadband Integrated Services Digital Networks" von F. A. Tobagi, Proc. IEEE, Vol. 78, Nº1, Januar 1990, Seiten 133-167 nachgelesen werden. Der Vermittler Prelude beruht auf der Zeitaufteilung mit an einen gemeinsamen Speicher geschalteten Ausgabe-Warteschlangen. Der Vermittler Starlite verwendet gemeinsam Sortiernetze und Netze mit automatischer Leitwegwahl nach Banyan. Der Leitgedanke des Vermittlers Knockout besteht darin, die ATM-Zellen von N Quellen auf L ausgehende Leitungen in synchroner Weise zu konzentrieren, wobei diese L ausgehenden Leitungen in eine logische Warteschlange eintreten, die vor der äußeren Schnittstelle angeordnet ist. Es wird ein Verlust von Zellen auf Grund der räumlichen Konkurrenz im Konzentrator akzeptiert. Ein solcher Fall bildet sich, wenn mehr als L Zellen gleichzeitig bei N Eingängen des Konzentrators auftreten. Dieser Verlust ist akzeptabel, wenn der mittlere Durchsatz der L Ausgänge des Konzentrators gering ist.
Wenn diese Grundtechniken benutzt werden, verhindern verschiedene technologische Probleme den Aufbau von Vermittlern großer Größe: die Zeitaufteilung begrenzt die Größe der Prelude-Matrix sehr stark und man muß mehrstufige Strukturen vom Clos-Netztyp benutzen. Diese Architektur stößt wieder auf spezifische Probleme bei der ATM-Vermittlung, d. h. daß bei einem Vermittler mit variablem Durchsatz die Blockierungsrate ohne einen erheblichen Mehraufwand nur schwierig zu beherrschen ist. Die Starlite-Netze großer Größe erzeugen eine komplexe Gruppe von internen Verbindungen. Außerdem kann wegen Konkurrenzen die Ordnung der Zellen in einer Menge verloren gehen, was eine Wiederherstellung am Ausgang des Vermittlers erfordert. Der Knockout-Vermittler hat den Nachteil eines quadratischen Anwachsens der Anzahl von Elementen zur Filterung und Verbindung.
Es sind viele Vorschläge zur Lösung des Architekturproblems der ATM-Vermittler großer Größe gemacht worden. Im Artikel "KSMINs: Knockout Switch Based Multistage Interconnecaion Networks for High-Speed Packet Switching" (Proc. GLOBECOM'90, San Diego, Dezember 1990, Vol. 1, Seiten 218-223) schlagen Y. M. Kim et al. vor, Knockout-Vermittler miteinander entsprechend einem mehrstufigen Banyan-Netz zu verbinden, um eine Komplexität mit N·logN zu erreichen. Aber diese Lösung hat den Nachteil, mehrere Warteschlangen zu benötigen, und außerdem können Blockierungen in den Maschen des mehrstufigen Netzes erzeugt werden.
Die Knockout-Architektur (K.O.) ist vom Verfasserteam hiervon verallgemeinert worden und in dem mit "A Growable Packet (ATM) Switch Architecture: Design Principles and Applications" (K. Y. Eng et al., IEEE Trans. on Communications, Vol. 40, Nº2, Februar 1992, Seiten 423-430) betitelten Artikel beschrieben worden. Diese verallgemeinerte Architektur wird nachfolgend "K.O.bis" genannt. Die Architektur K.O.bis weist die folgenden Eigenarten auf:
2A - genauso wie K.O. ist K.O.bis synchron bis zur einzigen Warteschlange am Ausgang, wobei natürlich die Folge der ATM-Zellen beachtet wird;
2B - der Basisabschlußmodul ist (z. B.) eine Matrix von 42 · 16, deren Ausführung auf verschiedene Arten ausgeführt werden kann (Zeitaufteilung mit oder ohne Speicheraufteilung, oder reines Knockout...);
2C - diese Abschlußmatrizen sind an ein synchrones Verbindungsnetz angeschlossen, das somit ein gewisses Expansionsverhältnis aufweist;
2D - das Prinzip der statistischen Entfernung der Zellen wird für die festen Gruppen von aus dem synchronen Verbindungsnetz austretenden Leitungen verallgemeinert, z. B. einer Gruppe mit 42 Leitungen, die den Verkehr von 16 äußeren Schnittstellen tragen;
2E - das Verbindungsnetz ist aus zwei Stufen ausgeführt, die miteinander und mit der letzten Stufe von Matrizen in herkömmlicher Weise verbunden sind, um ein Clos-Netz ohne Blockierung zu bilden, unter der Voraussetzung, daß es nicht mehr als (z. B.) 42 Zellen gibt, die gleichzeitig für die gleiche Ausgangsmatrix bestimmt sind;
2F - ein Gesamtalgorithmus am Eingang des Netzes entfernt die überschüssigen Zellen, um die vorherige Voraussetzung 2E zu verwirklichen;
2G - diesem Algorithmus folgt ein anderer Gesamtalgorithmus zur Zuweisung von Wegen über das Verbindungsnetz für alle Zellen eines gegebenen Augenblicks. Die Verfasser haben nachgewiesen, daß der Algorithmus einen ziemlich geringen zusätzlichen Verlust von Zellen einführt.
Diese Architektur verlangt eine sehr schnelle Technologie, um diese beiden Algorithmen auszuführen, die für jede Zellenzeit alle in den Vermittler eintretenden Zellen prüfen müssen. Die Größe des Vermittlers ist somit durch die erforderliche Technologie begrenzt. Das Verbindungsnetz dieser Architektur repräsentiert einen einzigen Bereich von Vermittlern einer festen maximalen Größe. Bei Bereichswechsel müßte das Verbindungsnetz völlig verändert werden. Schließlich ist wegen vollständiger Vermaschung zwischen dem Netz und der letzten Stufe die Absonderung groß, da nur die Abschlußmatrizen nach und nach nachgerüstet werden können und nicht das Netz.
Ein weiteres Beispiel eines ATM-Telekommunikationssystems, das auf einem asynchronen Verbindungsnetz beruht, ist in EP-A-0 524 350 beschrieben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Architektur für einen ATM-Vermittler vorzuschlagen, die sich besser als diejenigen, die vorher bekannt waren, an die technologischen Zwänge anpaßt, die durch den asynchronen Transfermodus bei hoher Übertragungsrate auferlegt sind.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein ATM-Vermittler Leitungsschaltmatrizen, die jeweils m Eingänge und n Ausgänge aufweisen, wobei m und n zwei ganze Zahlen sind, die so beschaffen sind, daß m ≥ n ist, und ein synchrones Verbindungsnetz, das die eingehenden Leitungen des ATM-Vermittlers mit den Eingängen der Leitungsschaltmatrizen verbindet, wobei die Ausgänge der Leitungsschaltmatrizen mit betreffenden ausgehenden Leitungen des ATM-Vermittlers verbunden sind. Das synchrone Verbindungsnetz umfaßt k aufeinanderfolgende Stufen von elementaren synchronen Gruppenvermittlern mit jeweils wenigstens einer und höchstens p Gruppen von m Eingängen und wenigstens einem und höchstens p Gruppen von m Ausgängen, wobei k und p ganze Zahlen sind mit p ≥ 2, wobei Gruppen von m Leitungen jeweils eine Gruppe von m Ausgängen eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers mit einer Gruppe von m Eingängen eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers der folgenden Stufe verbinden und Gruppen von m Leitungen jeweils eine Gruppe von m Ausgängen eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers der letzten Stufe mit den m Eingängen einer Leitungsschaltmatrix verbinden.
Die Leitungsschaltmatrizen leiten die Zellen auf der Grundlage der Identität einer Ausgangsleitung, während die elementaren synchronen Gruppenvermittler die Zellen auf der Grundlage der Identität einer Adressatgruppe von Leitungen leiten.
Jeder elementare synchrone Gruppenvermittler (CSEG) umfaßt wenigstens einen und höchstens p elementare Konzentratoren mit pm Eingängen und m Ausgängen, wobei die m Ausgänge jedes elementaren Konzentrators eine Gruppe von m Ausgängen des genannten CSEGs bilden und jeder Eingang des genannten CSEGs mit einem jeweiligen Eingang jedes der elementaren Konzent ratoren des genannten CSEGs über ein Filter zum Entfernen von nicht für einen Ausgang des elementaren Konzentrators bestimmten ATM-Zellen verbunden ist. Das Verbindungsnetz beruht dann auf elementaren Vermittlern mit Aussendung, Filterung und Konzentration, so daß er das Knockout-Prinzip verallgemeinert.
In typischer Weise umfaßt ein synchrones Verbindungsnetz eines ATM-Vermittlers mit N'c'm eingehenden Leitungen und N'c'm ausgehenden Leitungen c' Synchronvermittlungsgruppenkerne, wobei cr eine ganze Zahl von höchstenfalls c = m/n ist. Jeder Synchronvermittlungsgruppenkern hat zumindest N'm Eingangsleitungen, die auf synchrone Weise die ATM-Zellen empfangen, die über die N'c'n eingehenden Leitungen des ATM-Vermittlers gelangen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt ein Synchronvermittlungsgruppenkern (CCSG) N' Gruppen von m Ausgangsleitungen, wenigstens N'm Eingangsleitungen und k Stufen von elementaren synchronen Gruppenvermittlern, wobei N', m und k ganze Zahlen mit N' ≥ 2 und m ≥ 2 sind. Jeder CSEG umfaßt wenigstens einen und allerhöchstens p elementare Konzentratoren mit pm Eingängen und m Ausgängen, wobei p eine ganze Zahl von allerhöchstens gleich 2 ist, die so beschaffen ist, daß N' ≤ pk, wobei die m Ausgänge jedes elementaren Konzentrators eine Gruppe von m Ausgängen des CSEGs bilden und jeder Eingang des CSEGs mit einem jeweiligen Eingang jedes seiner elementaren Konzentratoren über ein Filter zur Entfernung von ATM-Zellen verbunden ist, die nicht für einen Ausgang des erwähnten Konzentrators bestimmt sind. Die CSEGs der aufeinanderfolgenden Stufen sind durch Gruppen von m Leitungen verbunden, die jeweils eine Gruppe von m Ausgängen eines CSEGs an m Eingänge eines CSEGs der folgenden Stufe anschließen, wobei die Eingangsleitungen des CCSGs an Eingänge der CSEGs der ersten Stufe angeschlossen sind und die Gruppen von m Ausgängen der CSEGs der letzten Stufe jeweils an die N' Gruppen von m Ausgangsleitungen des CCSGs angeschlossen sind.
Im weiteren Verlauf der Darlegung wird die Abkürzung CCSG benutzt, um einen Synchronvermittlungsgruppenkern zu bezeichnen, und die Abkürzung CSEG, um einen elementaren synchronen Gruppenvermittler zu bezeichnen. Ein CCSG ist durch die folgenden Eigenschaften 3A bis 3E gekennzeichnet:
3A - die ATM-Zellen sind zum Eingang des CCSGs ausgerichtet, d. h. sie treten beim CCSG zur gleichen Zeit ein;
3B - die Durchquerungszeit des CCSGs ist für alle Zellen die gleiche (Synchronismus), was insbesondere die Abwesenheit von Zwischenwarteschlangen bedeutet;
3C - jede Zelle trägt in sich ausreichend Information (nötigenfalls durch einen der ATM-Standardzelle hinzugefügten Kopf), um die Gruppe (oder möglicherweise die Gruppen, im Falle einer Aussendung) von Ausgangsleitungen zu bezeichnen, über die sie geleitet werden muß;
3D - eine solche Zelle kann in eine beliebige Eingangsleitung jeder beliebigen Gruppe eingegeben werden. Anders ausgedrückt, in jedem Augenblick werden die Zellen in einer Gruppe einzeln zu a priori verschiedenen Ausgangsgruppen durchgeschaltet;
3E - jede Zelle wird zu einer unbestimmten Leitung geleitet, die zur bezeichneten Ausgangsgruppe gehört. Mit anderen Worten, für den CCSG allein ist Gruppenidentität wichtig, wobei die Identität einer Leitung in einer Gruppe nicht von Bedeutung ist.
Der ATM-Vermittler gemäß der Erfindung beachtet die vorher erwähnten Prinzipien 2A, 2B, 2C, 2D. Dagegen unterscheidet er sich vom K.O.bis dadurch, was die Punkte 2E, 2F und 2G betrifft. Es wird nämlich vorgeschlagen, zugleich den Algorithmus zur vorhergehenden K.O.-Gesamtsteuerung und den Algorithmus zur Zuweisung der Wege zu beseitigen. Alle Zellen werden zum Verbindungsnetz gesendet, das durch die CCSGs nach einer zufälligen Mischung gebildet wird, und die überschüssigen Zellen werden nach und nach innerhalb des Verbindungsnetzes selbst entfernt. Darüber hinaus folgt das genannte Netz keiner Clos-Topologie in 3 Stufen; es ist in typischer Weise ein Banyan-Netz beliebiger Art und beliebiger Abmessung, dessen Maschen die Gruppen von Leitungen in ausreichender Anzahl sind, damit das K.O.-Prinzip statistischer Multiplexbildung mit geringem Verlust bei jeder Stufe angewandt wird. Die vorliegende Erfindung macht einen rekursiven Gebrauch des K.O.-Prinzips bei einer Banyan- oder Delta-Architektur von Gruppen von Leitungen und von CSEGs. Auf Grund der vorhergehenden zufälligen Mischung ist das mit einer sehr geringen Verlustrate von Zellen möglich. Es wird nachfolgend gezeigt werden, daß diese Architektur die beliebigen Aussendungen wirklich erlaubt, daß sie eine maximale Größe ohne Grenze erlaubt, da sie von der Technologie unabhängig ist, daß die Bereiche von Vermittlern einem optimalen Wachstumsfaktor folgen und daß außerdem die Absonderung für eine gegebene maximale Größe relativ gering ist.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten, aber nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen aufgezeigt, in denen:
- Fig. 1 ein Gesamtblockschaltbild eines ATM-Vermittlers nach der Erfindung ist;
- Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer m · n-Leitungsschaltmatrix ist;
- Fig. 3 ein Blockschaltbild eines CSEGs mit p Gruppen von m Eingangsleitungen und p Gruppen von m Ausgangsleitungen ist;
- Fig. 4 ein Blockschaltbild ist, das den rekursiven Aufbau eines ATM-Vermittlers nach der Erfindung darstellt;
- Fig. 5 ein Blockschaltbild eines CCSGs mit acht Gruppen von Eingangsleitungen und acht Gruppen von Ausgangsleitungen ist;
- Fig. 6 bis 8 Blockschaltbilder sind, die mögliche Aufbauten einer Verkehrsausgleichsstufe in einem ATM-Vermittler nach der Erfindung darstellen;
Fig. 9 ein Blockschaltbild eines ATM-Vermittlers nach der Erfindung mit 128 eingehenden Leitungen und 128 ausgehenden Leitungen ist;
- Fig. 10 den Aufbau einer Kapsel von Daten zeigt, die in einem ATM-Vermittler nach der Erfindung zirkulieren;
- Fig. 11 ein Blockschaltbild eines in den CSEGs verwendbaren Elementes zur Aussendung (Broadcasting) und Filterung ist;
- Fig. 12 Zeitdiagramme zeigt, die den Betrieb des Elementes zur Aussendung und Filterung der Fig. 11 darstellen;
- Fig. 13 eine weitere Darstellung des ATM-Vermittlers der Fig. 9 ist;
- Fig. 14 und 15 unvollständige Versionen des in der Fig. 5 dargestellten CCSGs zeigen;
- Fig. 16 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines in einem ATM-Vermittler nach der Erfindung verwendbaren Konzentrators ist;
- Fig. 17 ein Blockschaltbild eines binären Vermittlungselementes des Konzentrators der Fig. 16 ist;
- Fig. 18 einen in einem ATM-Vermittler nach der Erfindung verwendbaren Verkehrsausgleicher zeigt;
- Fig. 19 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines in einem ATM-Vermittler nach der Erfindung verwendbaren Konzentrators ist.
Zuerst wird ein mit seiner vollständigen Kapazität benutzter ATM-Vermittler gemäß der Erfindung beschrieben und im weiteren wird geprüft, wie sich die Kapazität eines solchen Vermittlers steigern läßt, ohne den Verkehr zu beeinträchtigen.
Der in der Fig. 1 dargestellte Vermittler steuert Nm bidirektionale Leitungen, d. h. Nm eingehende Leitungen und Nm ausgehende Leitungen. Eine Schnittstelle 30 ist für jede bidirektionale Leitung vorgesehen, um die eingehenden und ausgehenden Leitungen zu trennen und gewisse Behandlungen auf den zu vermittelnden ATM-Zellen zu bewerkstelligen.
Der Vermittler umfaßt ein synchrones Verbindungsnetz, das durch c CCSGs 32 gebildet wird, die jeweils N Gruppen von m Eingangsleitungen und N Gruppen von m Ausgangsleitungen haben. Jede Eingangsleitung jedes CCSGs ist mit einer Leitungsschnittstelle 30 mittels einer Verkehrsausgleichsstufe 34 verbunden. Bei jeder Zellenankunftszeit empfangen die Nm Eingangsleitungen jedes CCSGs in synchroner Weise die ATM-Zellen, die über die Nm eingehenden Vermittlerleitungen ankommen. Jede Gruppe von m Ausgangsleitungen jedes CCSGs ist einer jeweiligen Leitungsschaltmatrix 36 zugeordnet, die eine Vermittlung von m Eingängen zu n Ausgängen hin sicherstellt. Jeder der m Eingänge jeder Matrix 36 ist jeweils mit einer der m Leitungen der zugeordneten Gruppe verbunden. Jeder ihrer n Ausgänge ist mit einer jeweiligen Leitungsschnittstelle 30 verbunden, um die empfangenen Zellen zur ausgehenden Adressatleitung zu leiten.
Jeder CCSG 32 nimmt eine Vermittlung über die einzige Basis der Identität der Gruppe von Ausgangsleitungen vor. Die Differenzierung zwischen den verschiedenen Leitungen einer gleichen Gruppe wird durch die Matrizen 36 sichergestellt. Im Beispiel der Fig. I hat man m = c.n. Die Matrizen 36 realisieren also einen ganzzahligen Konzentrationsfaktor c und jede Gruppe von m Ausgangsleitungen eines CCSGs trägt nur einen maximalen Verkehr entsprechend m/c Erlang. Diese Verkehrsminderung, entsprechend einer Netzexpansion, hängt vom Wert von m ab.
Entsprechend dem durch die Gesamtauslegung des Vermittlers gewünschten und/oder erlaubten Konzentrations-/Expansionsfaktor kann man sich entschließen, Abschlußmatrizen 36 z. B. der Größe 64 · 32, 48 · 16 oder 32 · 8 zu realisieren. Die verschiedenen bekannten Methoden für die Auslegung einer ATM-Matrix (Speicheranteil und/oder Zeitanteil, Verbindungsnetz, Knockout...) können angepaßt werden, um die Matrizen 36 in der vorliegenden Architektur zu realisieren. Die Anpassung besteht in der Beachtung der folgenden Spezifikationen:
- die Eingangsleitungen werden auf die Anfänge der Zellen synchronisiert;
- eine Zelle, die zu jeder ATM-Verbindung jeder Ausgangsleitung gehört, kann sich auf einer beliebigen der Eingangsleitungen befinden;
- der Betrieb der Matrix muß synchron sein bis zum Einschreiben in die der Schnittstelle 30 vorangehende Warteschlange oder vorangehenden Warteschlangen, um die Zellensequenzen in den ATM-Verbindungen zu beachten; und
- jede Zelle muß in sich die notwendige Information für ihre endgültige Ausbildung entsprechend den für die äußeren Schnittstellen definierten Normen tragen, insbesondere was die Felder VPI/VCI des ATM-Kopfes (Header) angeht ("Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier").
Beispielsweise zeigt die Fig. 2 eine Ausführung einer Abschlußmatrix 36 vom Knockout-Typ. Bei dieser Ausführung ist die Matrix eine Anordnung von n Multiplexern, von denen jeder je einem der n Ausgänge zugeordnet ist. Jeder Multiplexer umfaßt einen Konzentrator 38 mit m Eingängen und m' Ausgängen und eine logische Warteschlange 40. Jede logische Warteschlange 40 umfaßt m' physische Warteschlangen 42, die jeweils mit einem der m' Ausgänge des zugeordneten Konzentrators 38 verbunden sind, und eine Leselogik 44, die der Reihe nach ein Lesen in den physischen Warteschlangen 42 ausführt, um ein First-in-First-out(FTFG)-Protokoll am Ausgang zu beachten. Jeder Eingang der Abschlußmatrix 36 ist an einen jeweiligen Eingang jedes der n Konzentratoren 38 über jeweilige Filter 46 angeschlossen, die am Eingang jedes Konzentrators 38 die ATM-Zellen entfernen, die nicht für den entsprechenden Ausgang der Matrix 36 bestimmt sind.
Die Größe der Konzentratoren 38 ist z. B. m = 32, m' = 16. Entsprechend dem Knockout-Prinzip ist der Verlust auf Grund des Wettbewerbs in den Konzentratoren 38 dann vernachlässigbar.
Die CCSGs werden ausgehend von elementaren Konzentratoren realisiert, die jeweils pm Eingänge und m Ausgänge haben. Die Anzahl N von Gruppen von durch jeden CCSG vermittelten Leitungen ist von der Form pk. Der CCSG besteht aus k Stufen, die jeweils pk-1 CSEGs enthalten, die jeweils p Gruppen von m Eingängen und p Gruppen von m Ausgängen haben.
Der Aufbau eines CSEGs 48 ist in der Fig. 3 dargestellt. Der CSEG umfaßt p elementare Konzentratoren 50, deren jeweils m Ausgänge eine Gruppe von m Ausgängen des CSEGs bilden. Jeder Eingang des CSEGs ist an einen Eingang jedes elementaren Konzentrators 50 über ein jeweiliges Filter 52 angeschlossen. Zum Vereinfachen der Fig. 3 ist eine Bank von pm Filtern 52 strömungsoberhalb jedes Konzentrators 50 dargestellt. Jedes Filter einer solchen Bank behandelt eine Eingangsleitung des Konzentrators, um die ATM-Zellen zu entfernen, die nicht für seine Gruppe von m Ausgängen bestimmt sind.
Fig. 4 stellt dar, wie in rekursiver Weise die Architektur eines ATM-Vermittlers gemäß der Erfindung aufzubauen ist. Es wird zunächst ein Modul Mº definiert, der einer Abschlußschaltmatrix wie derjenigen, die in Fig. 2 dargestellt ist, entspricht. Der Modul Mº hat also p&sup0; = 1 Gruppen von m Eingängen und p&sup0;·n = n Ausgänge. Für i > 0 wird ein Modul Mi gebaut, ausgehend von pi-1 CSEGs 48 und von p Modulen Mi-1. Die verschiedenen Gruppen von m Eingängen jedes Moduls Mi-1 sind jeweils an eine Gruppe von m Ausgängen eines jeweiligen CSEGs angeschlossen. Man kann verifizieren, daß der Modul Mi pi Gruppen von m Eingängen und pi·n Ausgänge enthält, wobei eine ATM-Zelle über einen beliebigen der pi·m Eingänge gelangt, der zu einem beliebigen der pi·n Ausgänge hin geleitet werden kann. Die CSEGs eines Moduls Mi sind untereinander entsprechend einem selbstleitenden Banyan-Netz (d. h. einem Delta- Netz der Ordnung p) mit i Stufen verbunden, dessen Maschen durch Gruppen von m Leitungen gebildet werden, wobei jede Stufe pi-1 CSEGs enthält. Für i = k bildet dieses Netz der CSEGs einen CCSG mit N Gruppen von Eingangsleitungen und N Gruppen von Ausgangsleitungen.
Fig. 5 zeigt einen solchen CCSG 32 im besonderen Fall p = 2, k = 3 (N = 8). Die den Konzentratoren 50 zugeordneten Filterbänke 52 sind nicht dargestellt, um die Figur zu vereinfachen. Man kann verifizieren, unabhängig davon, welche die Eingangsleitung ist, auf der eine ATM-Zelle ankommt, daß ein Weg existiert, der es ermöglicht, diese Zelle zu einer beliebigen Gruppe von Ausgangsleitungen zu leiten, und daß dieser Weg der einzige ist, wenn man ihn als eine Aufeinanderfolge von Gruppen betrachtet, wobei die Gruppen von Leitungen die Maschen des Delta-Netzes bilden.
Die internen Verbindungen zwischen den CSEG-Stufen haben alle die gleichen Merkmale, d. h. daß jede Verbindung eine feste Anzahl m von einzelnen Strömen von gleichem Durchsatz transportiert. Diese Ströme können entsprechend den technologischen Möglichkeiten gänzlich oder teilweise parallel oder im Multiplex geschaltet werden.
Zum Analysieren der Leistungsfähigkeiten des CCSGs als Ausdruck des Verlustes von Zellen wird hier in einer leicht unterschiedlichen Form an die Verlustberechnungen erinnert, die im vorher erwähnten Artikel von Y. S. YEH et al. ausgeführt worden sind. In diesen Berechnungen betrachtet man zur Vereinfachung nur Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Indessen sind die erhaltenen Verlustraten von Zellen gültig, egal wie die Anzahl der Aussendungsbäume ist. Um sich davon zu überzeugen, genügt es unter Beachtung des Beispiels der Fig. 5 darauf hinzuweisen, daß:
- die in jeden Konzentrator in jedem Augenblick eingehenden Zellen alle unterschiedlich sind: es gibt keine räumliche Autokorrelation. Die zeitliche Autokorrelation ist auch entfernt, da es keine Aussendung innerhalb einer gleichen physischen Schnittstelle gibt;
- je größer der Aussendungsverkehr ist, um so kleiner der eingehende Verkehr ist, und um so geringer die Verlustraten sind, da der vom Vermittler abgehende Verkehr unabhängig von der Natur der Verbindungen ist.
Es wird ein Konzentrator von M unabhängigen Quellen betrachtet, die m Ausgänge haben. Die betroffenen Zellen sind Zellen, die für einen der m Ausgänge bestimmt sind, wobei die anderen durch die Filterbank entfernt werden, die strömungsoberhalb des Konzentrators liegt und keine Berücksichtigung in der Verlustberechnung findet. Wenn die Einzelverkehre der Quellen gleich sind (was bekanntlich der schlimmste Fall in Blickrichtung auf den Verlust von Zellen ist), ist mit diesen Hypothesen die Wahrscheinlichkeit P(i) eines gleichzeitigen Vorliegens von i Zellen durch die binomische Formel gegeben (worin C(M,i) den Binomialkoeffizienten M!/[i!(M - i)!] bezeichnet):
P(i) = C(M,i)·αi·(1 - α)M-i.
worin α den Einzelverkehr jeder eingehenden Leitung darstellt, d. h. die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Zelle auf einer einzelnen Leitung. Wenn man sich für einen festen Wert von Mα = ρ interessiert, egal wie M ist (ρ ist der mittlere Durchsatz einer Gruppe von m ausgehenden Leitungen), ermöglicht diese Formel zu schreiben:
P(i) = C(M,i)·(ρ/M)i·(1 - (ρ/M))M-i.
Wenn beobachtet wird, daß es einen Verlust von (i-m) Zellen im Konzentrator für alle i > m gibt, schreibt sich der mittlere Zellenverlust:
Die Verlustrate ist also gegeben durch:
TdP(M,m) = Verlust/ρ = [ρ - m + ((m - i)·P(i))]/ρ.
Es wird festgestellt, daß, wenn ρ fest ist und für M hinlänglich groß, das Binomialgesetz zum Poisson-Gesetz konvergiert, so daß die Folge von Wahrscheinlichkeiten P(i) dann ersetzt werden kann durch:
P(i) = e-ρ·(ρi/i!).
Dies ergibt einen Majoranten- und asymptotischen Wert des Verlustes von Zellen, der unabhängig von M ist.
Die Tabellen I bis III geben die Verlustraten in Konzentratoren von verschiedenen Größen an, mit der Hypothese der Unabhängigkeit der Quellen und p = 2. Dies sind jeweils: Konzentrator 128 nach 64 (mit einem Einzelverkehr der ausgehenden Leitungen bei etwa 0,5 Erlang), Konzentrator 96 nach 48 (ausgehender Einzelverkehr bei etwa 0,33) und Konzentrator 64 nach 32 (ausgehender Einzelverkehr etwa bei 0,25). Die Werte werden als vernachlässigbar angesehen, wenn sie geringer als 10&supmin;¹&sup6; sind.
Die Tabelle I zeigt, daß es die Ausführung eines Konzentrators 128 nach 64 ermöglicht, eine Familie von Vermittlern mit einer ausgezeichneten Verlustrate von Zellen zu entwerfen, indem man von den Werten p = 2, c = 2, m = 64, n = 32 ausgeht. In diesem Fall muß man Abschlußleitungsschaltmatrizen von der Größe 64 · 32 verwenden. Das Netz weist dann eine Expansionsrate gleich 2 auf.
Die Tabelle 11 entspricht der Expansionsrate 3, wobei Abschlußmatrizen 48 · 16 verwendet werden.
Die Tabelle III entspricht den Konzentratoren 64 · 32 und Matrizen 32 · 8, die am einfachsten aufzubauen sind, um den Preis der Expansionsrate 4. In den drei Tabellen entsprechen die Verluste von Zellen den mittleren Verkehren der äußeren Schnittstelle von 0,7, 0,8, 0,9 und 1 Erlang.
Die vorherigen Berechnungen gelten allerdings nur für die Verlustrate in der ersten Stufe eines CCSGs, bei dem die Unabhängigkeitshypothese der Quellen immer gerechtfertigt ist. Es verbleibt zu zeigen, daß die Totalverlustrate im CCSG (TdP(total)) auch akzeptabel ist. Der CCSG enthält nun aber im allgemeinen mehrere Stufen und für die folgenden Stufen sind die Quellen nicht mehr unabhängig. Die erste Stufe zur Aussendung, Filterung und Konzentration von Zellen führt eine gewisse Korrelation zwischen ihnen ein und man muß damit rechnen, daß die Verlustraten in den folgenden Stufen höher sind.
Die genaue Berechnung, welche die genannte Korrelation zustande kommen läßt, ist komplex, aber unter der Annahme, daß der Verkehr in homogener Weise über alle Konzentratoren (dies wird durch die Verkehrsausgleicher ausgeführt) verteilt ist, kann man einen Majorantenwert der Totalverlustrate auswerten:
TdP(total) < (TdP(pi·m, m)) TABELLE I TABELLE II TABELLE III
Die Tabellen IV bis VI geben die Majorantenwerte der Verlustraten bei drei CCSGs von k = 4 Stufen mit jeweils p = 2 an. Die Tabelle IV entspricht einer Expansion 2 und 1024 äußeren Schnittstellen. Die Tabelle V entspricht einer Expansion 3 und 768 äußeren Schnittstellen. Die Tabelle VI entspricht einer Expansion 4 und 512 äußeren Schnittstellen. Die verwendeten Verkehrswerte sind die gleichen wie diejenigen, die bei Tabelle I bis III verwendet werden, nämlich entsprechend 0,7, 0,8, 0,9 und 1 Erlang über eine äußere Schnittstelle.
Die letzte Leitung jeder Tabelle liefert den asymptotischen Wert der oberen Ausdrücke, was eine schnelle Schätzung von Majorantenwerten der Verlustraten in den CCSGs von größeren Größen liefert: für jede zusätzliche Stufe genügt es, ein Mal den angegebenen Wert der asymptotischen Rate hinzuzufügen.
Wenn der ATM-Vermittler keine Verkehrsausgleichsstufe strömungsoberhalb der CCSGs 32 enthält, sind die vorherigen Berechnungen nicht gültig, weil die Hypothese einer gleichen mittleren Verkehrslast für alle Konzentratoren nicht verifiziert ist. In manchen Fällen kann das "natürliche" Ungleichgewicht der Verkehre über die Gruppen interner Maschen am CCSG die Blockierungsrate des Vermittlers nichtakzeptabel machen. Nichtsdestoweniger ist es für Konzentratoren von relativ großer Größe und/oder für Hypothesen von geringerem mittleren Einzeldurchsatz möglich, daß diese Blockierungsrate auf ein sehr schwaches Niveau auf Grund des Gesetzes der großen Zahlen abfällt.
Die Verkehrsausgleichsstufe 34, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, zielt darauf ab, diesen Blockierungsfaktor zu eliminieren oder wenigstens stark zu reduzieren. In einem CCSG mit N Gruppen von m Leitungen unter Verwendung von Konzentratoren von pm auf m, ist es, damit der Verkehr in den Maschen des CCSGs homogen ist, notwendig und ausreichend, daß jeder CSEG oder Konzentrator der ersten Stufe einen statistisch gleichen Teil des gesamten Verkehrs empfängt, der für jede Ausgangsgruppe des CCSGs bestimmt ist. TABELLE IV TABELLE V TABELLE VI
Jeder Verkehrsausgleicher müßte also mit jedem Konzentrator der ersten Stufe eines CCSGs verbunden werden. Anders gesagt, jeder Ausgleicher müßte den Verkehr von N/p = pk-1 Leitungen ausgleichen, die jeweils mit verschiedenen CSEGs der ersten Stufe verbunden sind. Es genügt, dafür pm Ausgleicher zu benutzen, die jeweils Einzelverkehre von q = N/pk-1 Leitungen ausgleichen. Fig. 6 zeigt eine solche Gestaltung der Ausgleichsstufe 34 strömungsoberhalb eines CCSGs 32 entsprechend demjenigen der Fig. 5 (p = 2, k = 3, N = 8). Die Stufe 34 enthält 2 m Ausgleicher 54.1, ...,54.2 m, die jeweils q = 4 Eingänge und q = 4 Ausgänge haben, die jeweils an einen Eingang eines jeweiligen CSEGs der ersten Stufe angeschlossen sind. Der Verkehrsausgleich auf den CSEGs der ersten Stufe stellt den Verkehrsausgleich auf den CSEGs der folgenden Stufen sicher. Jeder Ausgang eines Ausgleichers wird auf entsprechende Eingangsleitungen der verschiedenen CCSGs des ATM-Vermittlers hin ausgesendet, wie es die Fig. 1 darstellt.
Der optimale Verkehrsausgleich kann auch realisiert werden, indem pm/y Ausgleicher von jeweils q = pk-1·y Leitungen benutzt werden und indem y Leitungen zwischen jedem Ausgleicher und jedem CSEG der ersten Stufe eines CCSGs für jedes ganzzahlige, pm dividierende y verbunden werden. Fig. 7 zeigt eine solche Konfiguration der Verkehrsausgleichsstufe 134 mit dem gleichen CCSG wie in den Fig. 5 und 6 (p = 2, k = 3, N = 8) und mit y = 2. Die Stufe 134 enthält m Ausgleicher 56.1, ...,56. m, die jeweils q = 8 Eingänge und q = 8 Ausgänge haben, die paarweise mit Eingängen eines jeweiligen CSEGs der ersten Stufe verbunden sind.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen teilweisen Verkehrsausgleich vorzusehen. In diesem Fall gliedert man die CSEGs der ersten Stufe eines CCSGs in. Z Einheiten auf und man gestaltet die Ausgleichsstufe derart, daß sie die Verkehre ausgleicht, die von den verschiedenen CSEGs jeder Einheit empfangen werden. Fig. 8 zeigt eine solche Konfiguration der Verkehrausgleichsstufe 234 mit dem gleichen CCSG wie in den Fig. 5 bis 7 (p = 2, k = 3, N = 8), wobei die CSEGs der ersten Stufe in Z = 2 Einheiten aufgegliedert sind. Die Stufe 234 enthält 4 m Ausgleicher 58.1, ...,58.2 m und 60.1, ...,60.2 m, die jeweils 2 Eingänge und 2 Ausgänge haben. Die Ausgleicher 58.1, ...,58.2 m sind der ersten CSEG-Einheit zugeordnet: die 2 Ausgänge jedes von ihnen sind jeweils mit je einem der Eingänge der 2 CSEGs der ersten Einheit verbunden. Genauso sind die Ausgleicher 60.1, ...,60.2 m der zweiten CSEG-Einheit zugeordnet. Die CSEGs der zweiten Stufe empfangen jeweils eine Gruppe von m Leitungen 62, die von einem CSEG der ersten E inheit der ersten Stufe herkommen, und eine Gruppe von m Leitungen 64, die von einem CSEG der zweiten Einheit der ersten Stufe herkommen. Der Verkehrsausgleich ist also vollständig, ausgehend von der zweiten Stufe und innerhalb jeder CSEG-Einheit der ersten Stufe. Es kann lediglich noch eine Heterogenität zwischen den Verkehren bestehen, die durch die beiden CSEG-Einheiten der ersten Stufe hinein- und hinausgehen. Die Zellenverluste, die sich daraus ergeben können, sind jedoch nicht gerade sehr zahlreich.
Fig. 9 zeigt eine mögliche Gestaltung eines 128 · 128-Vermittlers nach der Erfindung für den Fall p = 2, k = 2, N = 4, m = 32, n = 8, c = 4, q = 8. Die Zellenfilter 46 und 52 sind nicht dargestellt, um die Figur zu vereinfachen. Die c = 4 CCSGs haben insgesamt cN = 16 Gruppen von Ausgangsleitungen, die von 0 bis 15 numeriert und jeweils an einen Modul Mo angeschlossen sind. Außer einer Abschlußleitungsschaltmatrix umfaßt jeder Modul M&sub0; n = 8 Leitungsschnittstellen, einen Ausgleicher 68 von q = 8 Leitungen und ein Zwischenumsetzungselement 70. Für jede äußere bidirektionale Leitung enthält der Modul M&sub0; ein Leitungsende 72, das den entsprechenden Multiplexer der Abschlußmatrix (nicht dargestelltes Filter 46, Konzentrator 38 und logische Warteschlange 40) und die Leitungsschnittstelle zusammenfaßt, die eine Eingangsschnittstelle 30a und eine Ausgangsschnittstelle 30b enthält, Die Eingangsschnittstelle 30a stellt notwendige Aufbereitungsbehandlungen bei der ATM-Übertragung sicher. Sie umfaßt insbesondere ein Anfangsumsetzungselement 74, um für das Leiten der Zellen im Vermittler zu sorgen.
Die Ausgangsschnittstelle 30b enthält ebenso ein Element 76 zur Endumsetzung, um die neuen VPI/VCI-Felder in die ausgehenden Zellen einzuschreiben. Die Eingänge des Ausgleichers 68 eines Moduls M&sub0; sind mit 8 eingehenden Leitungen dieses Moduls verbunden; 4 seiner Ausgänge sind mit 4 Eingängen eines gleichen CSEGs 48 der ersten Stufe jedes CCSGs 32 verbunden; und seine 4 weiteren Ausgänge sind mit 4 Eingängen des anderen CSEGs der ersten Stufe jedes CCSGs verbunden (unter Bezugnahme auf Erläuterungen, die im Zusammenhang mit der Fig. 7 abgegeben sind, liegt hier der Fall y = 4 vor: es gibt pm/y = 16 Ausgleicher 68 von q = pk-1·y = 8 Leitungen, nämlich einen pro Modul M&sub0;).
Für den Transfer jeder ATM-Zelle innerhalb des Vermittlers definiert man ein Paketformat, das die Standard-ATM-Zelle kapselt. Ein solches Paket wird nachfolgend eine "Kapsel" genannt. Die den Zellen in den Kapseln hinzugefügten Informationen führen zum Zunehmen entweder des Durchsatzes oder der Last der internen Verbindungen. Die Kapsel enthält Informationen in einer adäquaten Form, um den Aufbau der Filter 46, 52 zu vereinfachen, die in relativ erheblicher Anzahl im Vermittler sind. Diese Informationen werden durch die Elemente 74, 70 zur Anfangs- und/oder Zwischenumsetzung eingeschrieben. Ein Kapselformatbeispiel ist in der Fig. 10 dargestellt, in der nur die Nutzfelder für die Durchleitung angegeben sind. Zusätzliche Felder könnten enthalten sein (z. B. in den als punktierte Linien gezeichneten Zonen), um bei der Ausführung weiterer Funktionen zu helfen. Diese zusätzlichen Felder könnten Test- oder Kontrolldaten oder zyklische redundante Codes (CRC) für die Detektierung und/oder die Fehlerkorrektur enthalten.
Fig. 10 stellt den Aufbau einer Kapsel für den Fall einer auf mehrere ausgehende Leitungen auszusendenden Zelle (oberes Schaubild) und für den Fall einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung (zweites Schaubild) dar. Das Vorliegen einer 1 oder einer 0 in einem Feld D eines Bits ermöglicht es, die beiden Fälle zu unterscheiden. Das untere Blockschaltbild stellt die von einer Zelle vom Eingang zum Ausgang des Vermittlers verfolgte Bahn dar.
Man bezeichnet als Zwischenmodul einen Modul MI im Sinne der Fig. 4, der unmittelbar strömungsoberhalb Zwichenumsetzungselemente 70 enthält. Das Vorliegen dieser Umsetzung kommt aus einer zweifachen Notwendigkeit: an erster Stelle muß das Feld der Leitweglenkungsbits (Routing-Bits) in den Kapseln ziemlich kurz und von fester Länge sein: an zweiter Stelle muß man, um eine willkürliche Aussendung zu ermöglichen, im Leitweglenkungsfeld (Routing-Feld) ein Bit für ein mögliches Ziel reservieren. Ausgehend von einem gegebenen Eingang, gibt es nur einen einzigen Weg zu einem gegebenen Untermodul. Demzufolge gibt jedes Leitweglenkungsbit im allgemeinen einen Zwischenmodul an (wie in Fig. 10 gezeigt) und keine genaue Gruppe von Leitungen dieses Moduls. Die beiden Fälle verschmelzen nur, wenn der Modul M&sub0; als ein Zwischenmodul definiert ist, was im Beispiel der Fig. 9 der Fall ist.
Die Anfangsumsetzung wird durch die Elemente 74 mittels Umsetzungstabellen ausgeführt, die an den Leitungsenden eingangsseitig gespeichert sind. Ausgehend von der impliziten Identität der Leitung und des VPI/VCI-Feldes, schreibt der Umsetzer 74 in die Kapsel zugleich die Identität der Verbindung und das Leitweglenkungsfeld (Ch_Routage) ein, das das Leiten der Kapsel bis zur (oder zu den, im Aussendungsfall) nächsten Umsetzung ermöglicht. Um eine Aussendung ohne Einschränkung sicherzustellen, stellt jedes Ch_Routage-Bit einen Zwischenmodul dar: dieses Bit ist 1, wenn der Zwischenmodul die fragliche Kapsel empfangen soll, und 0, wenn dies nicht sein soll.
Um den Speicher zu optimieren, wird jede Verbindung einem internen Identifizierer zugeordnet. Dieser Identifizierer (A_Id) ist für den Vermittler im Fall eines Aussendungsbaumes gemeinsam. Man kann also frei eine große Anzahl von Punkt-zu- Mehrfachpunkten-Verbindungen (Bäume von Aussendungen) in den durch die belegte Länge des Feldes A_Id auferlegten Grenzen definieren. Im Fall der Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist der interne Identifizierer (C_Id) örtlich bei der ausgehenden Leitung, wobei die Identität der ausgehenden Leitung (LS_Id) innerhalb des Zwischenmoduls definiert wird. In Fig. 10 ist das VPI/VCI-Feld aus Gründen der Klarheit von den anderen Feldern getrennt. Aber es gibt freilich eine Redundanz, die eine eventuelle Optimierung erlaubt, indem der gleiche Raum für verschiedene Felder wiederbenutzt wird, was sich leicht auf das Format der Kapsel auswirkt. Jeder Zwischenumsetzer 70 testet entweder das Bit Q (das die Qualifizierung einer Zelle angibt) oder das gleiche Bit (bei Ch_Routage), das bereits durch das Filter des Konzentrators unmittelbar strömungsoberhalb getestet wurde, um die Zellen ausscheiden zu können, die nicht für den Zwischenmodul bestimmt sind, die er kontrolliert. Das kann ausgeführt werden, indem das Leitweglenkungsfeld auf null zurückgesetzt wird. Bei Kenntnis der eindeutigen Identität der Verbindung innerhalb des Zwischenmoduls (entweder durch A_Id oder durch LS_Id und C_Id) kann der Umsetzer dann das Feld von Leitweglenkungsbits bis zur folgenden Zwischen- oder Endumsetzung wiederherstellen. In dem durch die letzte Zwischenumsetzung (diese kann die einzige sein, wie es das Beispiel der Fig. 9 zeigt) geschaffenen Leitweglenkungsfeld entspricht jedes Bit einer ausgehenden Leitung. Die Zwischenumsetzungsfunktionen werden in synchroner Weise ausgeführt.
Die Endumsetzung wird durch die Elemente 76 in den ausgangsseitigen Leitungsenden ausgeführt. Nachdem die Zelle, wie vorher angegeben, qualifiziert worden ist, schreibt der Umsetzer 76 das ausgehende VPI/VCI-Feld ein, das er als Funktion des Inhalts des Feldes C_Id oder A_Id berechnet.
Fig. 11 zeigt ein Filter 52, das auf einer Eingangsleitung eines elementaren Konzentrators eines CCSGs verwendbar ist. Wenn r die Anzahl von Bits des Leitweglenkungsfeldes Ch_Routage bezeichnet, enthält das Filter 52 ein Schieberegistet mit r D-Flipflops 80, die mit einem Bittakt (obere Leitung der Fig. 12) getaktet werden. Der Filtereingang, welcher der Eingang des Schieberegisters ist, empfängt in Serie eine Kapsel, die das Leitweglenkungsfeld umfaßt, und dann den Rest der Daten der Kapsel (DATA auf der zweiten Leitung der Fig. 12). Das Filter 52 umfaßt außerdem r UND-Glieder 82, die jeweils einen Eingang, der mit dem Eingang eines jeweiligen D-Flipflops verbunden ist, und einen anderen Eingang haben, der ein Konfigurationsbit empfängt. Ein ODER-Glied 84 hat r Eingänge, die mit den r Ausgängen der UND-Glieder 82 verbunden sind. Der Ausgang des ODER-Gliedes 84 ist mit dem Eingang eines weiteren D-Flipflops 86 verbunden. Ein Eingang eines UND-Gliedes 88 ist mit dem Ausgang des letzten Flipflops 80 des Schieberegisters verbunden und sein anderer Eingang ist an den Ausgang des Flipflops 86 angeschlossen. Der Ausgang des UND-Gliedes 88 bildet den Ausgang des Filters 52. Das Flipflop 86 positioniert sich am Ausgang des ODER-Gliedes 84 an der Anstiegsflanke eines Synchronisierungssignals C, das erscheint, wenn die r Bits des Leitweglenkungsfeldes an dem einen bzw. dem anderen der Eingänge der Flipflops 80 vorhanden sind (dritte Zeile der Fig. 12).
Die an die UND-Glieder 82 gelieferten r Konfigurationsbits bilden eine eigene Maske für den Konzentrator, strömungsoberhalb von dem das Filter angeordnet ist. In der letzten Stufe vor einer Zwischenumsetzung hat jeder Konzentrator eine Maske, die ein einziges Konfigurationsbit im Zustand 1 umfaßt: jenes, dessen Rang der Nummer des Zwischenmoduls entspricht, an den der genannte Konzentrator angeschlossen ist. Wenn z. B. r = 16 im Falle der Fig. 9 ist, ist der mit 18 numerierte Konzentrator der Maske 0100000000000000 zugeordnet. Jede Kapsel, die eine 1 bei der entsprechenden Position im Leitweglenkungsfeld hat, wird somit zum Konzentrator übertragen und zwar mit einer Verzögerung von r Bits, wie es die letzte Zeile der Fig. 12 zeigt. Die anderen Kapseln werden als nicht für die Ausgänge des Konzentrators bestimmt entfernt. Das Entfernen besteht darin, daß das UND-Glied 88 alle Bits der Kapsel auf 0 setzt. Für die vorhergehenden Stufen ist die Arbeitsweise die gleiche, wobei die Maske jedes Konzentrators als ein logisches ODER der Masken definiert ist, die den Konzentratoren zugeordnet sind, die strömungsunterhalb des genannten Konzentrators liegen, und die an diesen angeschlossen sind. Beispielsweise ist die Maske, die den mit 2A und 21 numerierten Konzentratoren in der Fig. 9 zugeordnet ist, 1100000000000000, diejenige, die den Konzentratoren 2F und 2N zugeordnet ist, ist 0000000000110000...
Die Maske ist allen Filtern 52 einer Bank gemeinsam, die strömungsoberhalb eines gegebenen Konzentrators angeordnet ist. Sie kann z. B. einfach geliefert werden, indem Schalter positioniert werden, die auf einer Karte vorgesehen sind, die zugleich den Konzentrator und die Filterbank trägt. Die Synchronisierungssignale C sind allen Filtern einer gleichen Stufe gemeinsam.
Die Filter 46, die in den Abschlußmatrizen 36 strömungsoberhalb der Konzentratoren 38 vorgesehen sind, können von identischer Beschaffenheit sein wie diejenigen der Filter 52, die in der Fig. 11 abgebildet sind. Der einzige Unterschied ist der, daß jedes Konfigurationsbit der Maske eine einzelne ausgehende Leitung und keinen Zwischenmodul bezeichnet.
Selbstverständlich könnten entsprechend den Beschaffenheiten unterschiedlicher Filter andere Kapselstrukturen angenommen werden. Man kann z. B. die Filter zum Ausgleich von komplexeren Leitweglenkungsfeldern durch eine "Kopfverbrauchsmethode" einfacher machen. Bei dieser Methode wird das Leitweglenkungsfeld partiell durch jedes Filter entlang dem Weg bis zu seinem totalen Verschwinden "verbraucht" und in diesem Moment muß eine neue Umsetzung ausgeführt werden. Das Bit Q liefert dann dem folgenden Umsetzer die Information, die es ermöglicht, die bezeichnenden Zellen auseinanderzuhalten. Beim vorhergehenden Leitverfahren wird der Wert des Leitweglenkungsfeldes für die Konzentratoren der zwischen den beiden Umsetzungen liegenden Stufen wiederverwendet. Jeder Konzentrator, der nur eine Binärentscheidung vornimmt, kann nun aber derart ausgelegt werden, daß er ein einziges Bit des Leitweglenkungsfeldes testet, wenn ihm dieses Bit zugeeignet ist. Überdies kann man, indem die Masken verschiedener Stufen beobachtet werden, unmittelbar ableiten, daß die Konzentratoren, die an den gleichen Untermodul strömungsabwärts angrenzen, am gleichen Bit teilhaben können, da sie die gleiche Maske haben. Der Kopfverbrauch ist also mittels einer Streckung des Leitweglenkungsfeldes der Kapsel in folgender Weise realisierbar: Nimmt man den CCSG der Fig. 5 als Beispiel, müssen 8 Bits für die letzte Stufe reserviert werden, 4 Bits mehr genügen für die zweite und 2 Bits reichen für die erste Stufe aus. Die Bits einer Stufe können durch die Konzentratoren dieser Stufe unter der Bedingung verbraucht werden, daß die Bits für die erste Stufe denjenigen der zweiten Stufe vorangehen (in Übertragungsrichtung). Unter Stützung auf die Struktur des Netzes kann man leicht eine allgemeine Regel verifizieren: die Kopfverbrauchsdurchleitung in einem CCSG zur Untermodulen verlangt 2 + 4 + 8 ... + r = 2(r-1) Bits im Anfangsleitweglenkungsfeld; die Leitung in einem Vermittler mit c CCSGs verlangt 2c(r-1) Bits im Leitweglenkungsfeld, d. h. weniger als das Zweifache, das streng erforderlich ist. Bei dieser alternativen Leitmethode ist weder die Maske noch die Speicherung des Leitweglenkungsfeldes in den Filtern notwendig, die somit vereinfacht werden können. Die den verschiedenen Konzentratoren zugeordneten Filter werden durch die Taktsignale, die ihnen geliefert werden, unterschieden.
Bei den beiden vorstehend dargelegten Leitarten haben die Filterbänke 52 den gleichen Aufbau, was die Konzentratoren angeht, denen sie zugeordnet sind. Man kann somit eine universelle Einheit definieren, die einen Konzentrator 50 und seine zugeordnete Filterbank umfaßt und die einen Grundstein für einen Aufbau des Vermittlers bildet, der Kapazitätserweiterungen ohne Verkehrsbeeinträchtigung ermöglicht. Eine solche Einheit kann auf einer einzigen elektronischen Karte mit nicht spezifischen Komponenten für realistische Konzentratorgrößen wie z. B. p = 2, m = 32 ausgeführt werden,
Fig. 13 ist eine weitere Darstellung des ATM-Vermittlers der Fig. 9. Dieser Vermittler entspricht c = 4 Modulen M&sub2;, die cN/p = 8 Module M&sub1; und cN = 16 Module M&sub0; umfassen. Fig. 13 zeigt die Gesamtheit der ersten Stufe der 4 CCSGs, die auf zwei hinteren Platten 90 aufgeteilt sind. Jede hintere Platte 90 enthält Busse, um die passive Aussendung der Kapseln zu den Filterbänken (nicht dargestellt) und den Konzentratoren hin sicherzustellen, die sie bedient, was dem linken Teil der Fig. 9 entspricht. Die hintere Platte stellt außerdem die Verteilung der für die Filter und für die elementaren Konzentratoren geeigneten Takt- und Synchronisierungssignale sicher. Die Filter-/Konzentratoreinheiten der ersten Stufe sind direkt auf den hinteren Platten 90 aufgezweigt. Jede dieser Einheiten ist aus Sicherheitsgründen doppelt (Bezugszeichen 50 und 50'). Die hinteren Platten 90 enthalten auch eine Empfangskarte 92, an welche die optischen Kabel oder Lichtwellenleiter angeschlossen sind, die von den Verkehrsausgleichern der Module M&sub0; kommen und die somit empfangenen Signale zu den Aussendungsbussen hin verteilen. Diese Empfangskarte ist auch zu Sicherheitszwecken doppelt (Bezugszeichen 92 und 92') vorhanden. Eine analoge Gestaltung (hintere Platte 94 mit Aussendungsbussen, an die doppelte Konzentratoren 50 und 50' und doppelte Empfangskarten 96 und 96' angeschlossen sind) ist für jeden Modul M&sub1; vorgesehen. Man sieht somit, daß die CCSGs einfach aufgebaut werden können, indem Filterungs- und Konzentrationskarten auf den passiv vorverkabelten hinteren Platten eingesteckt werden.
Die Homogenität und die Einfachheit der Vermaschung der CCSGs ermöglicht es, Sicherheitsblöcke von identischem und sehr einfachem Aufbau zu definieren, die voneinander durch die passiven hinteren Platten entkoppelt sind. Beispielsweise bilden die Empfangskarte 96 des Moduls M&sub1;(0), die Konzentratoren 2A und 2I (und die zugeordneten Filter) und die Anschlußkabel oder -fasern 98, die m = 32 Leitungen tragen, einen Block, der zur Sicherheit doppelt ist (die Verdoppelung der Kabel 98 ist zum Erleichtern des Lesens der Figur nicht eingezeichnet). Diese örtlichen Sicherheitsblöcke ermöglichen es den CCSGs, äußerst widerstandsfähig gegen Fehler zu sein. Damit sich eine Auswirkung auf die Dienstqualität ergibt, muß ein Sicherheitsblock zur gleichen Zeit fehlerhaft sein wie sein duplizierter Block, was ein sehr seltenes Ereignis bei Berücksichtigung der verhältnismäßig geringen Größe der Sicherheitsblöcke und ihrer Reichhaltigkeit ist. Die Leitungsschaltmatrizen der Module M&sub0; können nicht doppelt ausgelegt werden. Zur Sicherheit ist es allerdings vorteilhaft, die Verkehrsausgleicher 68 doppelt auszulegen (um die doppelt ausgelegten Empfangskarten 92, 92' der hinteren Platten der ersten Stufe zu speisen und Sicherheitsblöcke mit diesen zu bilden) und die Empfangskarten der Module M&sub0;, welche die Elemente 70 zur Zwischenumsetzung enthalten, zu verdoppeln (um die doppelt ausgelegten Ströme der Konzentratoren der letzten Stufe der CCSGs zu empfangen und Sicherheitsblöcke mit diesen Konzentratoren zu bilden).
Wenn die CCSGs mehr als zwei Stufen enthalten, wird man dazu veranlaßt, in bezug auf die Fig. 13 eine hintere Platte mit Empfangs- und Konzentrationskarten für jeden CSEG der Zwischenstufen hinzuzufügen. Ein vollständiger CSEG stellt somit p + 1 = 3 elektronische Karten oder 2(p + 1) = 6 Karten dar, wenn die doppelte Auslegung vorgesehen ist.
Ein wichtiger Vorteil des ATM-Vermittlers nach der Erfindung besteht darin, daß er fortschreitend ohne Beeinträchtigung des Verkehrs ausgestattet werden kann. Man geht von einer gegebenen Anzahl k von Stufen aus, die es erlaubt, das Format der Kapseln festzulegen. Man kann eine Anfangskonfiguration von c' CCSGs (c' ≤ c) haben, die jeweils N' Gruppen von m Ausgangsleitungen und wenigstens N' Gruppen von m Eingangsleitungen (N' ≤ N) haben. Der Vermittler läßt dann N'c'n äußere bidirektionale Leitungen zu. Wenn N' < N, dann ist jeder CCSG unterausgestattet.
Fig. 14 zeigt z. B. einen CCSG 132, für den p = 2 und k = 3 (bei N = 8) mit N' = 4. Die acht elementaren Konzentratoren der zweiten und dritten Stufe bilden vier vollständige CSEGs 48. Die vier elementaren Konzentratoren der ersten Stufe bilden vier unvollständige CSEGs 48a, die jeweils eine Gruppe von m Ausgängen und eine Gruppe von m Eingängen haben. Die unvollständigen CSEGs 48a der ersten Stufe arbeiten im Grunde nicht zur Konzentration, sondern dienen nur zum Filtern der Kapseln, die für die CSEGs der folgenden Stufen bestimmt sind.
Fig. 15 zeigt eine umfangreiche Version 232 des CCSGs 132 der Fig. 14: die Anzahl von Gruppen von Ausgangsleitungen ist von N' = 4 auf N' = 6 gegangen. Der Eingangsverkehr, der dem Durchsatz von N' = 6 Leitungen entspricht, wird durch die Ausgleicher auf 8 Eingangsleitungen verteilt. Die Erweiterung wird bewerkstelligt, indem 8 zusätzliche Konzentratoren an geeigneten Stellen eingefügt werden. Es wird somit ein vollständiger CSEG 48 bei der letzten Stufe für die Ausgangsgruppen 4 und 5 eingefügt; es werden die vier CSEGs 48 der ersten Stufe vervollständigt; und es werden zwei weitere Konzentratoren bei der zweiten Stufe angeordnet, um zwei unvollständige CSEGs 48b mit zwei Gruppen von m Eingängen und einer Gruppe von m Ausgängen zu bilden.
Indem noch 4 Konzentratoren an den verbleibenden Stellen in den CCSG 232 der Fig. 15 eingefügt werden, gelangt man zum in der Fig. 5 dargestellten, vollständigen CCSG 32, für den N' = N = 8.
Man kann somit jeden CCSG auf das Bedarfsmaß wachsen lassen. Wenn man zu Beginn eine geringe Anzahl c' von CCSGs mit c = m/n hat, kann man den ATM-Vermittler außerdem wachsen lassen, indem weitere CCSGs hinzugefügt werden, was auch ohne Verkehrsbeeinträchtigung durch Einfügen von Konzentrationskarten erfolgt.
In manchen Fällen können hintere Aussendungsplatten und ihre Empfangskarten auch fortschreitend angebracht werden. Die Bezugszeichen 148 in den Fig. 14 und 15 zeigen die leeren Stellen, um solche Platten aufzunehmen.
Zur Veranschaulichung wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 ein Kapselformat betrachtet, das ein Feld Ch_Routage von 32 Bits, ein Feld A_Id von 24 Bits für die auszusendenden Zellen, ein Feld LS_Id von 10 Bits und ein Feld C_Id von 14 Bits für die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen hat. Dieses Format setzt die folgenden technischen Optionen voraus:
- maximal 32 Zwischenmodule von 1024 Leitungen (32 768 Leitungen) können mit 10 Bits von LS_Id und 32 Bits im Leitweglenkungsfeld identifiziert werden;
- wegen des Leitweglenkungsfeldes von 32 Bits ermöglicht jede Umsetzung (Anfangs- oder Zwischenumsetzung) ein Leiten zu einer Anordnung von 32 Zwischenmodulen. Somit kann man mit einer Stufe von Zwischenumsetzern Vermittler von maximal 1024 Leitungen verwirklichen (32 Module von 32 Leitungen). Um bis auf 32 768 Leitungen zu kommen, muß man zwei Zwischenumsetzungsstufen einrichten.
- es werden bis zu 16 384 Punkt-zu-Punkt-Verbindungen für jede äußere Leitung zugelassen (das Feld C_Id hat 14 Bits);
- es werden bis zu 16 Millionen Aussendungsbäume für einen Vermittler zugelassen (das Feld A_Id hat 24 Bits). Selbstverständlich kann diese Anzahl verringert werden, um an den Umsetzungsspeichern zu sparen.
Es bleibt das Wählen der Parameter m, n, c (=m/n), q und p, die eine konkrete Architektur kennzeichnen. Es wird z. B. m = 32, n = 8, c = 4, p = 2 und q = 8 angenommen. Um das Kontrollproblem zu vereinfachen, können der Verkehrsausgleicher und der Zwischenumsetzer in den Modulen M&sub0; angeordnet werden, wie es die Fig. 9 zeigt. In diesem Fall arbeiten die Abschlußfilter 46 nur über 8 Bits. Die gleichen Komponenten können dann verwendet werden, um die folgenden Vermittler ohne Blockierung aufzubauen:
- eine Familie von Vermittlern maximaler Größe von 32 · 32 Leitungen, auf Grund von 4 Modulen M&sub0; von 8 direkt verbundenen Leitungen. Für diese Familie sind weder die CCSGs noch die Zwischenumsetzer, noch die Verkehrsausgleicher erforderlich, wobei der Anfangsumsetzer ein ausreichendes Leitweglenkungsfeld von 32 Bits direkt liefern kann;
- eine Familie von Vermittlern maximaler Größe von 64 · 64 Leitungen mit k = 1 Konzentrationsstufen. In diesem Fall sind die Verkehrsausgleicher nicht erforderlich. Die Zwischenumsetzer und die Anfangsumsetzer erzeugen jeweils 8 Bits des Leitweglenkungsfeldes;
- eine Familie von Vermittlern maximaler Größe von 128 · 128 Leitungen (Fall der Fig. 9 und 13). In diesem Fall können vier von einem Modul M&sub0; kommende Leitungen gemeinsam gemultiplext werden, um zu den ersten Stufen der CCSGs hin zu gehen, da y = q/pk-1 = 4 (entsprechend Fig. 7). der Anfangsumsetzer erzeugt 16 Bits des Leitweglenkungsfeldes;
- eine Familie von Vermittlern maximaler Größe von 256 · 256 Leitungen unter Verwendung einer zusätzlichen Stufe von Konzentratoren in den CCSGs. Der Anfangsumsetzer füllt die 32 Bits des Leitweglenkungsfeldes. Zwei Leitungen, die einen Modul M&sub0; und die CCSGs verbinden, können gemultiplext werden, da y = q/pk-1 = 2 in diesem Fall.
Man kann sehen, wie ausgehend von dieser Architektur weiterzugehen ist: im Fall der Fig. 9 werden die nur 8 Bits erzeugenden Zwischenumsetzer 70 untergenutzt. Indem man sie von den Modulen M&sub0; zu den Modulen vom Typ M&sub2; versetzt (d. h. vor die beiden letzten Konzentrationsstufen), wird man dazu fähig, die 32 Leitweglenkungsbits für die Filterung in den Leitungsenden zu erzeugen. Man kann dann aufbauen:
- eine Familie von Vermittlern maximaler Größe von 512 · 512 Leitungen (k = 4). Jetzt verbindet eine einzige Leitung einen Modul M&sub0; und jeden Konzentrator eines CCSGs in der Verteilungsebene zu den CCSGs. Der Vermittler bleibt streng ohne Blockierung;
- eine Familie von Vermittlern maximaler Größe von 1024 · 1024 Leitungen (k = 5). Sie werden nicht mehr ohne Blockierung sein (außer wenn die Größe q der Ausgleicher vergrößert wird). Aber ein partieller Ausgleich wird ausgeführt, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 8 erläutert ist. Die Blockierungsrate bleibt äußerst gering.
Um die Kosten jeder Erweiterung abzuschätzen, kann man anmerken, daß die in diesem Beispiel verwendeten Hypothesen eine wenig anspruchsvolle und mit üblichen, nicht spezifischen elektronischen Komponenten ausführbare Technologie verlangen. In groben Zügen läßt sich schätzen, daß man 2,5 elektronische Karten pro Leitung in einem Modul M&sub0; (Umsetzungen und Übertragung eingeschlossen) und 1 Karte pro Konzentrator, Filterung eingeschlossen, braucht. Dazu muß 1 zusätzliche Empfangskarte für p = 2 Konzentrationskarten in den CSEGs hinzugefügt werden. Mit Hilfe der Fig. 5 und 9 kann man unmittelbar sehen, daß jede Konzentrationsstufe 1,5 Karten für 8 äußere Leitungen hinzufügt. Die CCSGs enthalten bei ihrer maximalen Kapazität insgesamt cKN elementare Konzentratoren, nämlich k/n pro äußere Leitung. Die ziemlich erhebliche Konfiguration von 512 · 512 erfordert somit z. B. nur 3,25 Karten pro äußere Leitung. Diese Zahl liegt in der Größenordnung von 4 Karten, wenn eine Verdoppelung des Netzes realisiert wird, um die Fehlerresistenz zu verbessern. Ein solcher Vermittler kann in einem Raum von etwa 30 m² untergebracht werden, wobei 1m² Bodenbelegung für einen Schrank mit 80 Karten geschätzt wird.
Mit den gleichen Grundsteinen und einer zusätzlichen Umsetzungsstufe kann die Architektur bis auf 32 678 Leitungen erweitert werden, bevor die Grenze des gewählten internen Übertragungsformats erreicht wird. Ein solcher Vermittler erfordert bevorzugt eine hochgezüchtetere Integration, z. B.: eine Konzentratorkarte von 128 nach 64, Matrizen 64 · 32 mit einer Karte pro Leitungsende, einen Verkehrsausgleich 32 · 32 und eine vereinfachte interne Übertragung von 4 gemultiplexten Leitungen. Dies ist für die gegenwärtige Technologie der spezifischen integrierten Schaltungen ganz realistisch. Ein solches Netz ist bis zur Größe von 1024 · 1024 ohne Blockierung und die Blockierungsrate ist jenseits dieser Grenze völlig vernachlässigbar. Eine grobe Schätzung, analog zu derjenigen, die vorher gemacht wurde, zeigt, daß es dann weniger als zwei Karten pro äußere Leitung insgesamt gibt, Leitungsenden und Verdoppelung des Netzes eingeschlossen. Dies würde einer Bodenbelegung von etwa 800 m² für einen Vermittler von 32768 · 32768 entsprechen.
Fig. 16 zeigt ein Beispiel eines Konzentrators mit 2K Eingängen und 2L Ausgängen, der als elementarer Konzentrator 50 in den CCSGs 32 oder als Konzentrator 38 in den Leitungsschaltmatrizen 36 verwendbar ist. Fig. 16 entspricht dem Fall K = 4, L = 3, d. h. einem Konzentrationsfaktor von 2K-L = 2. Er umfaßt ein invertiertes Omega-Netz 500 mit 2K Eingängen und L Stufen.
Ein invertiertes Omega-Netz mit 2K Eingängen und L Stufen (L ≤ K) wird durch eine Matrix von 2K-1 Zeilen und L Spalten binärer Schaltelemente 502 mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen gebildet, die entsprechend dem folgenden Gesetz verbunden sind (unter der Annahme, daß die Eingänge und Ausgänge jeder Spalte von 1 = 0 bis 1 = 2K - 1 von unten nach oben in der Spalte numeriert sind):
- die 2K Eingänge der Spalte 0 bilden die 2K vom Netz verordneten Eingänge;
- der Ausgang i der Spalte j-1 ist an den Eingang Krot(i) der Spalte j angeschlossen, für 0 ≤ i ≤ 2K - 1 und 1 ≤ j ≤ L - 1;
- der Ausgang i der Spalte L-1 bildet den Ausgang Krot(1) des Netzes, für 0 ≤ i ≤ 2K - 1;
i, das zwischen 0 und 2K - 1 liegt, wird durch K Bits mit der Basis 2 dargestellt und die vorstehend benutzte Notierung Krot(i) bezeichnet die Zahl zwischen 0 und 2K - 1, deren binäre Darstellung den K Bits entspricht, die i darstellen, das einer zirkularen Permutation einer Position nach rechts ausgesetzt ist. Beispielsweise mit K = 4 und i = 12 = [1100]&sub2; hat man Krot(i) = [0110]&sub2; = 6. Jede Stufe des invertierten Omega-Netzes wird durch eine Spalte von 2K - 1 binären Schaltelementen 502 und durch die Verbindungsvermaschung gebildet, die strömungsunterhalb zur folgenden Spalte hin liegt.
Das binäre Schaltelement 502 ist z. B. entsprechend dem Blockschaltbild der Fig. 17. Der oberen Eingang IN0 und der untere Eingang IN1 sind jeweils mit einem Eingang je eines im Bittakt getakteten D-Flipflops 503 bzw. 509 verbunden, um eine Bitdauerverzögerung einzuführen. Der Ausgang des Flipflops 503 ist an einen Eingang von zwei UND-Gliedern 504, 506 angeschlossen. Der Ausgang des Flipflops 509 ist an einen Eingang von zwei UND-Gliedern 508, 510 angeschlossen. Ein ODER-Glied 512 hat zwei Eingänge, die an den Ausgang des UND- Gliedes 504 bzw. 508 angeschlossen sind, und einen Ausgang, der den oberen Ausgang SS0 des Elements 502 bildet. Ein ODER- Glied 514 hat zwei Eingänge, die an den Ausgang des UND-Gliedes 506 bzw. 510 angeschlossen sind, und einen Ausgang, der den unteren Ausgang SS1 des Elements 502 bildet. Das Element 502 enthält außerdem ein von einem Signal Hg getaktetes D-Flipflop 516, dessen D-Eingang an den oberen Eingang IN0 des Elements 502 angeschlossen ist. Die zweiten Eingänge der UND-Glieder 504 und 510 sind jeweils mit dem Ausgang Q des Flipflops 516 verbunden, genauso wie die zweiten Eingänge der UND-Glieder 506 und 508, die negiert sind.
Dem invertierten Omega-Netz 500 der Fig. 16 folgt K - L = 1 Konzentrationsstufe 518 mit einem Konzentrationsverhältnis von 2/1. Die Konzentrationsstufe 518 besteht aus 2L ODER-Gliedern 520, die spaltenartig angeordnet sind. Jedes ODER-Glied 520 hat zwei Eingänge, die mit dem einen bzw. dem anderen von zwei aufeinanderfolgenden Ausgängen des invertierten Omega- Netzes verbunden sind. Um den Konzentrator für den Fall, bei dem K - L > 1, zu verallgemeinern, sieht man K-L aufeinanderfolgende Konzentrationsstufen strömungsunterhalb eines invertierten Omega-Netzes mit K Stufen vor, wobei die j'-te Konzentrationsstufe (1 ≤ j' ≤ K - L)2K - j ODER-Glieder enthält, die spaltenartig angeordnet sind und zwei Eingänge haben, die mit dem einen bzw. dem anderen von zwei aufeinanderfolgenden Ausgängen der vorhergehenden Stufe verbunden sind.
Jede an einen Eingang des invertierten Omega-Netzes 500 gelangende Kapsel enthält einen Kopf (Header) von wenigstens L Bits. Dieser Kopf, der unterschiedlich gegenüber dem vorher beschriebenen Leitweglenkungsfeld ist, wird am Anfang des Kapselformats angeordnet. Das (j + 1)-te Bit b(j) des Kopfes (0 ≤ j ≤ L - 1) soll die Umschaltung in den binären Vermittlungselementen der Spalte j des invertierten Omega-Netzes steuern, um die Kapsel zum oberen Ausgang SS0 zu leiten, wenn b(j) = 1, und zum unteren Ausgang SS1, wenn b(j) = 0. Diese Umschaltung wird erreicht, indem an die Elemente 502 der Spalte j ein geregeltes Taktsignal Hg gesendet wird, um das Speichern des Bits b(j) im Flipflop 516 während der Durchlaufdauer einer Kapsel zu ermöglichen. Mit dem Bittakt getaktete D-Flipflops 522 übertragen das Signal Hg zu den binären Elementen 502 der verschiedenen Stufen. A priori kann sich ein Konflikt in einem binären Vermittlungselement 502 ausbilden, wenn zwei Kapseln gleichzeitig auf die beiden Eingänge IN0 und IN1 mit identischen Leitbits b(j) gelangen.
Eine Leitweglenkungslogik (Routing-Logik) 524 ist strömungsoberhalb des Netzes 500 vorgesehen, um die Leitbits b(j) für die verschiedenen Kapseln zu erzeugen, so daß vermieden wird, daß solche Konflikte auftreten.
Die invertierten Omega-Netze haben die Eigenschaft, selbstleitend zu sein, d. h. daß die L betrachteten Leitbits b(L-1), ...,b(0) in der umgekehrten Ordnung der Spalten die binäre Abbildung der Ausgangsadresse sind, d. h. der Nummer des Konzentratorausgangs, an den die Kapsel geleitet wird.
Ein die Konflikte aufhebender Leitalgorithmus ist im Dokument FR-A-2 678 794 dargelegt worden. Dieser Algorithmus besteht darin, den freien oder leeren Kapseln eine Ausgangsadresse zuzuteilen, die sich aus der Dekrementierung einer ersten Zählungsvariablen bei der Ankunft jeder freien Kapsel ergibt, und den belegten Kapseln eine Ausgangsadresse zuzuteilen, die sich aus der Inkrementierung einer zweiten Zählungsvariablen bei der Ankunft jeder belegten Kapsel ergibt. Dies stellt ein Leiten der freien Kapseln in absteigender zirkularer Richtung der Ausgänge und ein Leiten der belegten Kapseln in ansteigender zirkularer Richtung sicher, ohne Konfliktgefahr im invertierten Omega-Netz. Wenn L < K, dann ist es möglich, daß mehr als 2L Zellen gleichzeitig an den Eingang gelangen, was keinen Konflikt in den L Stufen des invertierten Omega-Netzes hervorruft, sondern Kollisionen in ODER-Gliedern der Konzentrationsstufen verursachen kann. Um solche Kollisionen zu vermeiden, sieht der Algorithmus vor, die eventuellen Kapseln, die über 2L überschießen, auf null zu setzen. Eine solche Nullsetzung bewirkt den Verlust der Kapsel; aber die Wahrscheinlichkeit eines solchen Verlustes ist für realistische Bemessungen der Konzentratoren sehr gering, wie vorhergehend erläutert worden ist.
Dieser Leitalgorithmus wird durch eine Leitweglenkungsberechnungseinheit 526 der Leitweglenkungslogik 524 ausgeführt. Die Köpfe (Header) werden am Anfang jeder Kapsel durch die Elemente 528 zum Einfügen von Leitweglenkungsköpfen (IER) eingefügt, die an jedem Eingang des Konzentrators vorgesehen sind. Eine optimale praktische Realisierung der Leitweglenkungslogik 524 ist in der französischen Patentanmeldung 2 721 416 beschrieben, auf die zurückgegangen werden kann.
Der Konzentrator der Fig. 16 stellt außerdem eine Ausgleichsfunktion des Verkehrs über seine Ausgänge sicher. Es ist zu beachten, daß diese Funktion bei den elementaren Konzentratoren der CCSGs nicht zweckdienlich ist.
Wenn K = L, d. h. bei Nichtvorhandensein von Konzentrationsstufen strömungsabwärts des invertierten Omega-Netzes mit K Stufen, arbeitet dieser nicht als Konzentrator, sondern einfach als Verkehrsausgleicher. Man kann also die gleiche Gestaltung verwenden, um die strömungsabwärts der CCSGs angeordneten Verkehrsausgleicher zu realisieren. Fig. 18 zeigt somit einen Verkehrsausgleicher, für den K = L = 4 und der also den Verkehr von q = 16 Leitungen ausgleicht. Die verwendeten zahlenmäßigen Bezugszeichen sind für die entsprechenden Elemente die gleichen wie in Fig. 16. Der Unterschied ist der, daß die Stufe mit ODER-Gliedern 518 durch die K-te Stufe des invertierten Omega-Netzes 530 ersetzt wird.
Es ist festzustellen, daß der vorstehend dargelegte Leitweglenkungsalgorithmus (Routing-Algorithmus) eine freie Variable definiert, die die anfängliche Ausgangsadresse ist, ausgehend von der die Ausgangsadressen der belegten Kapseln in ansteigender zirkularer Richtung zugeteilt werden und diejenigen der freien Kapseln in umgekehrter Richtung zugeteilt werden. Bei jeder Kapselzeit wird die anfängliche Adresse derart geändert, daß die Kapseln in einer zirkularen Aufeinanderfolge auf alle Ausgänge verteilt werden. Dadurch daß die Anzahl von vorliegenden Kapseln jedesmal zufällig ist, wird die Last jeder ATM-Verbindung statistisch in gleichförmiger Weise verteilt.
Wenn man mit einer im Vergleich zur Kapselzeit ziemlich langen Periode eine neue anfängliche Adresse wiederauferlegt, wird diese gleichmäßige Verteilung nicht beeinträchtigt. Das ermöglicht es, Testkapseln entlang den deterministischen Wegen durch das Netz zum Zwecke der Lokalisierung der Fehler des Netzes zu senden, das durch die Verkehrsausgleicher und die CCSGs gebildet ist. Es wird angenommen, daß die Testkapsel in Position I eintreten muß, um bei der Position I' auszutreten (Fig. 18). Nachdem ausgehend von einer beliebigen anfänglichen Adresse J&sub0; die erste Berechnungsschleife die entsprechende Ausgangsadresse I'&sub0; an I gegeben hat, wird die Leitweglenkungsberechnungsschleife mit dem anfänglichen Wert J = J&sub0; + I' - I'&sub0; wiederausgeführt, um die gewünschte Ausgangsadresse I' für den Eingang I zu erhalten, also J - I' = J&sub0; - I'&sub0;.
Fig. 19 zeigt eine weitere mögliche Auslegung eines in den CCSGs oder in den Leitungsschaltmatrizen verwendbaren Konzentrators. Der dargestellte Konzentrator hat 2K = 16 Eingänge und 2L = 8 Ausgänge wie im Fall der Fig. 16. Er umfaßt zwei Sortiernetze 540, 542, die jeweils eine Sortierung auf 2K - 1 = 8 Leitungen auf der Grundlage der Belegtbits Q der Kapseln betreiben. Das Bit Q wird dann bevorzugt an erster Stelle im Kapselformat angeordnet. Die Eingänge des Sortiernetzes 540 sind mit den Eingängen 0 bis 2K-1 - 1 = 7 des Konzentrators verbunden und es sortiert die Kapseln entsprechend einer abnehmenden Ordnung der Bits Q, d. h. daß die belegten Kapseln (Q = 1) an die oberen Ausgänge des Netzes 540 in der Fig. 19 geliefert werden, während die freien Zellen (Q = 0) an die unteren Ausgänge geliefert werden. Die Eingänge des Sortiernetzes 542 sind mit den Eingängen 2K-1 = 8 bis 2K - 1 = 15 des Konzentrators verbunden und es sortiert die Kapseln entsprechend einer anwachsenden Ordnung der Bits Q. Bei Betrachtung der Ausgänge der beiden Sortiernetze 540, 542 von oben nach unten in Fig. 19 bilden die Bits Q also zwei monotone Folgen, die im dargestellten Beispiel abnehmend bzw. anwachsend sind.
In dem in der Fig. 19 dargestellten Fall sind die Sortiernetze 540, 542 Batcher-Netze "bitonischer" Art (siehe den Artikel "Sorting Networks and Their Applications" von K. E. Batcher, AFIPS Proc. 1968, Spring Joint Computer Conf., Vol. 32; Seiten 307-314). Sie werden jeweils durch K(K - 1)/2 = 6 Stufen von 2K-2 = 4 binären Vergleichselementen 502 gebildet. Die in Fig. 19 mit einem nach oben gerichteten Pfeil dargestellten binären Elemente 502 entsprechen denjenigen der Fig. 17. Die in Fig. 19 mit einem nach unten gerichteten Pfeil dargestellten Vergleichselemente 502 sind identisch, außer daß es der Ausgang des ODER-Gliedes 514 ist, der den oberen Ausgang SS0 bildet, während der Ausgang des ODER-Gliedes 512 den unteren Ausgang SS1 bildet. Das an das Flipflop 516 gesendete Taktsignal Hg wird hier geregelt, um in diesem Flipflop den Wert des Bits Q zu speichern, das angibt, ob die an dem mit dem Flipflop 516 verbundenen Eingang ankommende Kapsel während der Dauer des Durchlaufs der Kapsel frei (Q = 0) oder belegt (Q = 1) ist. Der Ausgang SS0 jedes Elements 502 empfängt somit immer eine Kapsel, deren Belegtbit Q einen Wert hat, der gleich oder größer als derjenige des Belegtbits der zum Ausgang 551 gesendeten Kapsel ist.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 19 folgt den Sortiernetzen 540, 542 K - L = 1 Konzentrationsstufe 550 mit einem Konzent rationsverhältnis von 2/1. Die Konzentrationsstufe 550 besteht aus 22 Vergleichselementen 552, die im wesentlichen identisch mit den Elementen 502 sind, die mit einem nach oben gerichteten Pfeil dargestellt sind. Die Kapseln, die aus diesen Elementen 552 an den unteren Ausgängen SS1 austreten, werden entfernt (nach Fig. 17 sieht man also, daß der durch die Gatterglieder 506, 510 und 514 gebildete Multiplexer in diesen Elementen 552 wegfallen kann). Der einzige Ausgang SS0 des Elements 552 empfängt somit eine belegte Kapsel (Q = 1), sobald wenigstens eine belegte Kapsel an seine beiden Eingänge gelangt. Wenn zwei nicht belegte Kapseln gleichzeitig an seine beiden Eingänge gelangen, leitet das Element 552 jene Kapsel an seinen Ausgang SS0, die an den Eingang IN1 gelangt. Um den Konzentrator im Fall, bei dem K - L > 1 ist, zu verallgemeinern, sieht man K-L aufeinanderfolgende Konzentrationsstufen strömungsunterhalb der Sortiernetze 540, 542 vor. Die j'-te Konzentrationsstufe (1 ≤ j' ≤ K - L) enthält dann 2K-j Vergleichselemente 552, wobei die zwei Eingänge des Elements i (0 ≤ i < 2K-j') der j'-ten Konzentrationsstufe mit dem Eingang i bzw. i + 2K-j der vorhergehenden Stufe verbunden sind und sein Ausgang den Ausgang i der Stufe j' bildet. In diesem Fall der ersten Konzentrationsstufe 550 empfängt das Element i den (i + 1)-größten Wert unter den Bits Q, die durch das Netz 540 sortiert werden, und den (i + 1)-kleinsten Wert unter den Bits Q, die durch das Netz 542 sortiert werden. Die Eigenschaften der "bitonischen" Folgen, die von Batcher aufgezeigt worden sind, stellen dann sicher, daß die j'-te Konzentrationsstufe immer die 2K-j'-größten Werte der an den Eingang gelieferten Bits Q abgibt. Es wird also eine Konzentration von 2K Eingängen auf 2L Ausgänge mit Entfernung der eventuellen, über 2L überschießenden Kapseln gut ausgeführt.
Zum Realisieren eines Konzentrationsfaktors gleich 2K-L, ausgehend von 2K Eingängen, verwendet ein Konzentrator nach der Fig. 19 K(K - 1)·2K-2 Elemente 502 und 2K - 2L Elemente 552 anstelle von L·2K-1 Elementen 502 und 2K - 2L ODER-Gliedern 520 für einen Konzentrator nach der Fig. 16. Aber der Konzentrator der Fig. 19 ermöglicht es, keine Leitweglenkungsberechnung vornehmen zu müssen.
In diesen beiden Fällen weist die Realisierung eines bis zu 128 · 64 gehenden Konzentrators in einer spezifischen integrierten Schaltung beim gegenwärtigen Stand der Technik keine besondere Schwierigkeit auf. Bei Benutzung nichtspezifischer Komponenten kann man eine solche Vorrichtung als eine elektronische Karte realisieren.

Claims

1. ATM-Vermittler, der Leitungsschaltmatrizen (36), die jeweils m Eingänge und n Ausgänge aufweisen, wobei m und n zwei ganze Zahlen sind, die so beschaffen sind, daß m ≥ n ist, und ein synchrones Verbindungsnetz umfaßt, das die eingehenden Leitungen des ATM-Vermittlers mit den Eingängen der Leitungsschaltmatrizen verbindet, wobei die Ausgänge der Leitungsschaltmatrizen mit betreffenden ausgehenden Leitungen des ATM-Vermittlers verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das synchrone Verbindungsnetz k aufeinanderfolgende Stufen von elementaren synchronen Gruppenvermittlern (48; 48a; 48b) mit jeweils wenigstens einer und höchstens p Gruppen von m Eingängen und wenigstens einem und höchstens p Gruppen von m Ausgängen umfaßt, wobei k und p ganze Zahlen sind mit p2, wobei Gruppen von m Leitungen jeweils eine Gruppe von m Ausgängen eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers mit einer Gruppe von m Eingängen eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers der folgenden Stufe verbinden und Gruppen von m Leitungen jeweils eine Gruppe von m Ausgängen eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers der letzten Stufe mit den m Eingängen einer Leitungsschaltmatrix verbinden, und daß jeder elementare synchrone Gruppenvermittler (48; 48a; 48b) wenigstens einen und höchstens p elementare Konzentratoren (50) mit pm Eingängen und m Ausgängen umfaßt, wobei die m Ausgänge jedes elementaren Konzentrators eine Gruppe von m Ausgängen des genannten elementaren synchronen Gruppenvermittlers bilden und jeder Eingang des genannten elementaren synchronen Gruppenvermittlers mit einem jeweiligen Eingang jedes seiner elementaren Konzentratoren über ein Filter (52) zum Entfernen von nicht für einen Ausgang des elementaren Konzentrators bestimmten ATM-Zellen verbunden ist.

2. ATM-Vermittler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das synchrone Verbindungsnetz c' Synchronvermittlungsgruppenkerne (32; 132; 232) umfaßt, die durch elementare synchrone Gruppenvermittler (48; 48a; 48b) gebildet werden, die miteinander durch Gruppen von m Leitungen verbunden sind, wobei jeder Synchronvermittlungsgruppenkern N' Gruppen aus m Ausgangsleitungen und wenigstens N'm Eingangsleitungen hat, wobei c' und N' ganze Zahlen sind, die so beschaffen sind, daß c' ≤ m/n, N' ≤ pk und N'c'n die Anzahl der eingehenden und ausgehenden Leitungen des ATM-Vermittlers ist, und daß die Eingangsleitungen jedes Synchronvermittlungsgruppenkerns in synchroner Weise die ATM-Zellen empfangen, die auf den N'c'n eingehenden Leitungen des ATM-Vermittlers ankommen.

3. ATM-Vermittler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn N' = pk, die elementaren synchronen Gruppenvermittler jedes Synchronvermittlungsgruppenkerns miteinander entsprechend einem Delta-Netz der Ordnung p mit k Stufen verbunden sind, dessen Maschen die Gruppen von m Leitungen sind.

4. ATM-Vermittler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elementare synchrone Gruppenvermittler eine Passivkomponente zur Aussendung (90; 94), wenigstens eine Empfangskomponente (92; 96) von Gruppen von m Leitungen und für jeden elementaren Konzentrator des elementaren synchronen Gruppenvermittlers eine Aktivkomponente umfaßt, die mit der Passivkomponente zur Aussendung verbunden ist und den Konzentrator (50) und die seinen pm Eingängen zugeordneten Filter (52) zusammenschließt.

5. ATM-Vermittler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er vervielfältigte Sicherheitsblöcke umfaßt, wobei jeder Sicherheitsblock eine Empfangskomponente (96) eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers, die durch diese Empfangskomponente empfangenen Gruppen von m Leitungen (98) und die Aktivkomponenten der elementaren synchronen Gruppenvermittler der vorhergehenden Stufe enthält, wobei die Ausgänge von deren elementaren Konzentratoren mit den Gruppen von m Leitungen verbunden sind.

6. ATM-Vermittler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangskomponente und die Aktivkomponenten eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers durch betreffende elektronische Karten gebildet sind, die an einer Rückseite angeschlossen sind, welche die Passivkomponente zur Aussendung bildet.

7. ATM-Vermittler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel (74) zur Anfangsumsetzung umfaßt, welche die auf jeder eingehenden Leitung ankommenden ATM-Zellen empfängt, um jede Zelle in ein Kapselformat einzukapseln, das wenigstens ein Leitfeld enthält, das vor der Zelle zur Leitung im synchronen Verbindungsnetz angeordnet ist.

8. ATM-Vermittler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens eine Zwischenumsetzungsstufe (70) umfaßt, die unmittelbar im Anschluß an eine Stufe mit elementaren synchronen Gruppenvermittlern angeordnet ist, um den Inhalt des Leitfeldes der Kapseln zu regenerieren.

9. ATM-Vermittler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenumsetzumgsstufe Elemente (70) zur Zwischenumsetzung umfaßt, von denen jedes jeweils einem Zwischenmodul zugeordnet ist, wobei ein Zwischenmodul durch die Leitungsschaltmatrizen und/oder die elementaren synchronen Gruppenvermittler gebildet wird, die im Anschluß an die Zwischenumsetzungsstufe angeordnet und mit einem gleichen Zwischenumsetzungselement (70) verbunden sind, daß das durch die Mittel (74) zur Anfangsumsetzung erzeugte Leitfeld ein jedem Zwischenmodul eigenes Bit enthält, das anzeigt, ob die Kapsel zum genannten Modul zu übertragen ist, und daß jedes Zwischenumsetzungselement (70) das Leitfeld regeneriert, um die Leitung im zugeordneten Zwischenmodul sicherzustellen.

10. ATM-Vermittler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für eine zu mehreren ausgehenden Leitungen hin auszusendende ATM-Zelle das Kapselformat ein Identifizierungsfeld (A_Id) des Aussendungsbaumgraphen enthält.

11. ATM-Vermittler nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine im Punkt-zu-Punkt-Verbindungsmode übertragene ATM-Zelle das Kapselformat ein Identifizierungsfeld (LS_Id) der ausgehenden Adressatleitung und ein Identifizierungsfeld (C_Id) der Punkt-zu-Punkt-Verbindung enthält, die zu dieser ausgehenden Leitung hin eingerichtet ist.

12. ATM-Vermittler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch Mittel (34; 134; 234) zum Ausgleich des Verkehrs auf den Eingängen des synchronen Verbindungsnetzes.

13. ATM-Vermittler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmittel (34; 134; 234) zum Ausgleichen des Verkehrs eingerichtet sind, der durch die verschiedenen elementaren synchronen Gruppenvermittler der ersten Stufe des synchronen Verbindungsnetzes empfangen wird.

14. ATM-Vermittler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elementaren synchronen Gruppenvermittler der ersten Stufe des synchronen Verbindungsnetzes in mehrere Anordnungen aufgeteilt sind und daß die Ausgleichsmittel (234) eingerichtet sind, um die Verkehrsströme auszugleichen, die durch die verschiedenen elementaren synchronen Gruppenvermittler jeder Anordnung empfangen werden.

15. ATM-Vermittler nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmittel (34; 134; 234) Verkehrsausgleicher umfassen, die jeweils 2K mit 2K eingehenden Leitungen des ATM-Vermittlers verbundene Eingänge und 2K mit der ersten Stufe des synchronen Verbindungsnetzes verbundene Ausgänge haben, wobei K eine ganze Zahl ist, und daß jeder Verkehrsausgleicher ein invertiertes Omega-Netz mit K Stufen (530) und eine Leitlogik (524) zum Detektieren der freien und belegten ATM-Zellen umfaßt, die gleichzeitig auf den 2K Eingängen des Ausgleichers ankommen, um die freien Zellen im invertierten Omega-Netz zu den entsprechend einer Kreisrichtung ausgewählten Ausgängen und um die belegten Zellen im invertierten Omega-Netz zu den entsprechend der entgegengesetzten Kreisrichtung ausgewählten Ausgängen zu leiten.

16. ATM-Vermittler nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitungsschaltmatrix (36) für jeden ihrer n Ausgänge einen Abschlußkonzentrator (38) mit m Eingängen und m' Ausgängen, m' jeweils mit einem betreffenden Ausgang des Abschlußkonzentrators verbundene Warteschlangen (42) und Lesemittel (44) zum Übertragen des Inhalts der m' Warteschlangen nacheinander zum genannten Ausgang der Matrix hin umfaßt, wobei m' eine ganze Zahl kleiner als m ist, wobei jeder Eingang jedes Abschlußkonzentrators (38) mit einem betreffenden Eingang der genannten Leitungsschaltmatrix (36) über ein Filter (46) zum Entfernen der nicht für den entsprechenden Ausgang der Matrix bestimmten ATM-Zellen verbunden ist.

17. ATM-Vermittler nach Anspruch 1 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konzentrator mit 2K Eingängen und Ausgängen, der in einem elementaren synchronen Gruppenvermittler (48; 48a; 48b) oder in einer Leitungsschaltmatrix (36) enthalten ist, wobei K und L zwei ganze Zahlen sind, die so beschaffen sind, daß K > L ist, ein invertiertes Omega-Netz (500) mit 2K Eingängen und L Stufen, denen K-L aufeinanderfolgende Konzentrationsstufen (518) folgen, wobei die j'-te Konzentrationsstufe 2K-j' ODER-Glieder (520) mit jeweils zwei Eingängen enthält, die mit dem einen bzw dem anderen von zwei aufeinanderfolgenden Ausgängen der vorhergehenden Stufe für 1 ≤ j' ≤ K - L verbunden sind, und eine Leitlogik (524) zum Detektieren der freien und belegten ATM-Zellen umfaßt, die gleichzeitig an den 2K Eingängen des Konzentrators ankommen, um die freien Zellen im invertierten Omega-Netz und die Konzentrationsstufen zu den entsprechend einer Kreisrichtung ausgewählten Ausgängen hin zu leiten und um die belegten Zellen im invertierten Omega-Netz und die Konzentrationsstufen zu den entsprechend der entgegengesetzten Kreisrichtung ausgewählten Ausgängen hin zu leiten.

18. ATM-Vermittler nach Anspruch 1 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konzentrator mit 2K Eingängen und 2L Ausgängen, der in einem elementaren synchronen Gruppenvermittler (48; 48a; 48b) oder in einer Leitungsschaltmatrix (36) enthalten ist, wobei K und L zwei ganze Zahlen sind, die so beschaffen sind, daß K > L ist, zwei Sortiernetze (540; 542) mit 2K-1 Eingängen und 2K-1 Ausgängen umfaßt, die jeweils als Sortierer der ATM-Zellen arbeiten, die gleichzeitig an ihren 2K-1 Eingängen auf Grundlage von Belegtbits (Q) der genannten Zellen ankommen, so daß die Belegtbits (Q) der Zellen zwei jeweilige monotone Folgen am Ausgang der Sortiernetze bilden, daß auf die Sortiernetze K-L aufeinanderfolgende Konzentrationsstufen (550) folgen, wobei die erste Konzentrationsstufe 2K-1 Vergleichselemente (552) enthält, wobei das Vergleichselement i(0 ≤ i ≤ 2K-1) der ersten Konzentrationsstufe einen ersten Eingang hat, der die ATM-Zelle empfängt, deren Belegtbit den (i + 1)-größten Wert einer der monotonen Folgen hat, und einen zweiten Eingang hat, der die ATM-Zelle empfängt, deren Belegtbit den (i + 1)-kleinsten Wert der anderen monotonen Folge hat, daß, wenn K - L > 1, die j'-te Konzentrationsstufe (1 < j' ≤ K - L)2Kj Vergleichselemente (552) umfaßt, wobei das Vergleichselement i (0 ≤ i < 2K-j') der j'-ten Konzentrationsstufe zwei Eingänge hat, die mit dem Ausgang des Vergleichselementes i bzw. i + 2K-j' der (j'-1)-ten Konzentrationsstufe verbunden sind, und daß jedes Vergleichselement (552) einer Konzentrationsstufe (550) zu seinem Ausgang hin eine belegte ATM-Zelle leitet, wenn es wenigstens eine belegte ATM-Zelle an einem seiner beiden Eingänge empfängt, und eine nicht belegte ATM-Zelle, wenn es keine belegte ATM-Zelle an seinen beiden Eingängen empfängt.

19. Synchronvermittlungsgruppenkern (32; 132; 232), dadurch gekennzeichnet, daß er N' Gruppen aus m Ausgangsleitungen, wenigstens N'm Eingangsleitungen und k elementare synchrone Gruppenvermittlerstufen (48; 48a; 48b) umfaßt, wobei N', m und k ganze Zahlen mit N' ≥ 2 und m ≥ 2 sind, daß jeder elementare synchrone Gruppenvermittler wenigstens einen und höchstens p elementare Konzentratoren (50) mit pm Eingängen und m Ausgängen enthält, wobei p eine ganze Zahl von wenigstens gleich 2 ist, die so beschaffen ist, daß N' ≤ pk ist, wobei die m Ausgänge jedes elementaren Konzentrators eine Gruppe von m Ausgängen des elementaren synchronen Gruppenvermittlers bilden und jeder Eingang des elementaren synchronen Gruppenvermittlers mit einem betreffenden Eingang jedes seiner elementaren Konzentratoren über ein Filter (52) zum Entfernen von ATM-Zellen verbunden ist, die nicht für einen Ausgang des genannten elementaren Konzentrators bestimmt sind, und daß die elementaren synchronen Gruppenvermittler der aufeinanderfolgenden Stufen durch Gruppen von m Leitungen zusammengeschaltet sind, die jeweils eine Gruppe aus m Ausgängen eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers mit m Eingängen eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers der folgenden Stufe verbinden, wobei die Eingangsleitungen mit Eingängen der elementaren synchronen Gruppenvermittler der ersten Stufe und die Gruppen von m Ausgängen der elementaren synchronen Gruppenvermittler der letzten Stufe jeweils mit den N' Gruppen von m Ausgangsleitungen verbunden sind.

20. Synchronvermittlungsgruppenkern nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn N' = pk, die elementaren synchronen Gruppenvermittler entsprechend einem Delta-Netz der Ordnung p mit k Stufen zusammengeschaltet sind, dessen Maschen Gruppen von m Leitungen sind.

21. Synchronvermittlungsgruppenkern nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elementare synchrone Gruppenvermittler eine Passivkomponente (90; 94) zum Aussenden, wenigstens eine Komponente (92; 96) zum Empfangen von Gruppen von m Leitungen und für jeden elementaren Konzentrator des genannten elementaren synchronen Gruppenvermittlers eine Aktivkomponente umfaßt, die mit der Passivkomponente zum Aussenden verbunden ist und den genannten Konzentrator (50) und die seinen pm Eingängen zugeordneten Filter (52) zusammenschließt.

22. Synchronvermittlungsgruppenkern nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß er vervielfältigte Sicherheitsblöcke, wobei jeder Sicherheitsblock eine Empfangskomponente (96) eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers enthält, die durch diese Empfangskomponente empfangenen Gruppen von m Leitungen (98) und die Aktivkomponenten der elementaren synchronen Gruppenvermittler der vorhergehenden Stufe umfaßt, wobei die Ausgänge von deren elementaren Konzentratoren jeweils mit den genannten Gruppen von m Leitungen verbunden sind.

23. Synchronvermittlungsgruppenkern nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangskomponenten und die Aktivkomponenten eines elementaren synchronen Gruppenvermittlers durch jeweilige elektronische Karten gebildet sind, die auf einer Rückseite angeschlossen sind, welche die Passivkomponente zum Aussenden bildet.

24. Synchronvermittlungsgruppenkern nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein elementarer Konzentrator (50) mit 2K Eingängen und 2L Ausgängen, der in einem elementaren synchronen Gruppenvermittler (48; 48a; 48b) enthalten ist, wobei K und L zwei ganze Zahlen sind, die so beschaffen sind, daß p = 2K-L und m = 2L, ein invertiertes Omega-Netz (500) mit 2K Eingängen und L Stufen, denen K-L aufeinanderfolgende Konzentrationsstufen (518) folgen, wobei die j'-te Konzentrationsstufe 2K-j' ODER-Glieder (520) mit jeweils zwei Eingängen umfaßt, die mit dem einen bzw. dem anderen von zwei aufeinanderfolgenden Ausgängen der vorhergehenden Stufe verbunden sind, für 1 ≤ j' ≤ K - L, und eine Leitlogik (524) zum Detektieren der freien und belegten ATM-Zellen umfaßt, die gleichzeitig an den 2K Eingängen des elementaren Konzentrators ankommen, um die freien Zellen im invertierten Omega-Netz und die Konzentrationsstufen zu den entsprechend einer Kreisrichtung ausgewählten Ausgängen und um die belegten Zellen im invertierten Omega-Netz und die Konzentrationsstufen zu den entsprechend der entgegengesetzten Kreisrichtung ausgewählten Ausgängen hin zu leiten.

25. Synchronvermittlungsgruppenkern nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konzentrator mit 2K Eingängen und 2L Ausgängen, der in einem elementaren synchronen Gruppenvermittler (48; 48a; 48b) enthalten ist, wobei K und L zwei ganze Zahlen sind, die so beschaffen sind, daß p = 2 und m = 2, zwei Sortiernetze (540, 542) mit 2K-1 Eingängen und 2K-1 Ausgängen umfaßt, die jeweils als Sortierer der ATM-Zellen arbeiten, die gleichzeitig an ihren 2K-1 Eingängen auf Grundlage von Belegtbits (Q) der genannten Zellen ankommen, so daß die Belegtbits (Q) der Zellen zwei jeweilige monotone Folgen am Ausgang der Sortiernetze bilden, daß auf die Sortiernetze K-L aufeinanderfolgende Konzentrationsstufen (550) folgen, wobei die erste Konzentrationsstufe 2K-1 Vergleichselemente (552) enthält, wobei das Vergleichselement 1(0 ≤ i ≤ 2K-1) der ersten Konzentrationsstufe einen ersten Eingang hat, der die ATM-Zelle empfängt, deren Belegtbit den (i + 1)-größten Wert einer der monotonen Folgen hat, und einen zweiten Eingang hat, der die ATM-Zelle empfängt, deren Belegtbit den (i + 1)-kleinsten Wert der anderen monotonen Folge hat, daß, wenn K - L > 1, die j'-te Konzentrationsstufe (1 < j' ≤ K - L) 2K-j' Vergleichselemente (552) umfaßt, wobei das Vergleichselement i (0 ≤ i < 2K-j') der j'-ten Konzentrationsstufe zwei Eingänge hat, die mit dem Ausgang des Vergleichselementes 1 bzw. i + 2K-1' der (j'-1)-ten Konzentrationsstufe verbunden sind, und daß jedes Vergleichselement (552) einer Konzentrationsstufe (550) zu seinem Ausgang hin eine belegte ATM-Zelle leitet, wenn es wenigstens eine belegte ATM-Zelle an einem seiner beiden Eingänge empfängt, und eine nicht belegte ATM-Zelle, wenn es keine belegte ATM-Zelle an seinen beiden Eingängen empfängt.