交换单元的结构

9.5.3　ATM交换单元的结构

ATM交换单元能够实现任意出、入线之间的信元交换，也就是任一入线的任一逻辑信道的信元能够被交换到任一出线上的任一逻辑信道中去。根据交换单元的不同内部结构可以将其分为三类：共享存储器结构、共享媒体（总线或环形）结构和空分交换结构。

1）共享存储器结构

图9.20给出了共享存储器的结构。这种结构中，存储器为所有的输入端口和输出端口共用，每一条输入线配置一个输入控制器，每一条输出线配置一个输出控制器。

图9.20　共享存储器的ATM交换结构

存储器的分配有固定分配和动态分配两种方式。固定分配就是将整个存储区划分为存储单元数相等的N个存储块，每一个存储单元存储一个信元，每一个存储块为某一条输出线服务。这种方式控制管理简单。动态分配方式就是将整个存储区为所有输出线共用，这样可以使存储器得到充分利用，但是控制管理复杂。

共享存储器结构受到处理时间、存储器读写时间和存储器容量的限制。

共享存储器结构要有足够高的处理速度，使得处理时间很短，从而能与信元流的输入速率相匹配。因此，它对存储器访问速度的要求比较高。由于受到存储器访问速度的限制，交换结构的容量（端口数及链路速率）不可能太大。

2）共享媒体结构

图9.21给出了共享媒介的交换结构，媒介可以是总线或环形，每条入线都连接到媒介上，每条出线则通过输出缓冲器和地址过滤器连接到媒介上。总线包括地址总线、数据总线和控制总线。对于总线式结构的ATM交换单元，由于所有输入线在某一时刻的信元都必须交换到相应的输出线上，也就是在同一时间，所有输入线上的信息都要发送到总线上，这就要求总线的信息传输速率是输入线信息传输速率之和，否则会造成信元的较大延时。

图9.21　共享媒介的交换结构

共享媒介结构的吞吐量受到时分总线速率和队列缓冲器容量的限制。

共享总线的速率限制成为交换结构的瓶颈，限制了容量的扩大。采用多总线或多还的并行结构，可以降低速率的要求。

3）空分交换结构

空分交换结构是一种矩阵式交换结构，如图9.22所示。多条入线和多条出线分别连接到空分交换矩阵。在空分交换矩阵入线和出线的交叉点处相当于有一个开关，通常这些开关是触点开关或电子开关。N路输入线和N路输出线之间有N2个开关节点，只要适当控制这些开关接通或断开，即可在任一入线和出线之间构成通路。

图9.22　空分交换结构

当入线、出线数目增加时，交换矩阵的节点数呈平方级增长，这将使控制结构复杂化。所以当交换容量增大时，一般采用多个交换矩阵级连的方式。