專利名稱：：通信網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)，更具體地涉及網(wǎng)絡(luò)中的分組的路由選擇。存在著對例如用于在局部網(wǎng)中互連計算機系統(tǒng)或用作多處理器計算機的內(nèi)部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分的高速分組網(wǎng)絡(luò)的需求。已提出過用超高速光子技術(shù)實現(xiàn)這種網(wǎng)絡(luò)。在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，已證明為分組提供適當?shù)穆酚蛇x擇機制是特別關(guān)鍵的設(shè)計問題。存在著若干潛在的矛盾要求需要任何路由選擇機制去滿足。具體地，希望各節(jié)點上的處理開銷應(yīng)保持低的否則處理分組所需時間限制節(jié)點并從而網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。然而，也希望保證路由選擇機制在為分組選擇從源到給定的目的地的最短路徑中盡可能高效。如果路由選擇機制的效率是低劣的，則網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)擁擠。這又會限制網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。已提出及研究過對分組路由選擇的許多不同方法[1-3]。通過選擇適當?shù)木W(wǎng)絡(luò)拓撲，能極大地簡化與路由選擇關(guān)聯(lián)的決策。然后通過保證低處理開銷來滿足上面提出的第一要求。某些網(wǎng)絡(luò)拓撲允許“一維”路由選擇。例如，在單向環(huán)中，源簡單地將分組放在環(huán)上，而分組最終到達其目的地而無須中間節(jié)點的任何路由選擇決定。也可將一維路由選擇用在諸如帶雙向鏈路的總線或環(huán)上。然而，雖然一維路由選擇提供若干吸引人的特征，它受到嚴重的限制，由于隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)的增加而出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的相對路由選擇效率與最大吞吐量的下降。作為采用一維網(wǎng)絡(luò)拓撲的替代，可采用多維網(wǎng)絡(luò)。采用諸如二維環(huán)面網(wǎng)等多維網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點在于在網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點對之間存在著可利用的多條路徑。因此可能采用選擇最短的可獲得的路徑的路由選擇方法，這一方法通常具有較高的相對路由選擇效率及最大吞吐量的較高值。然而，多維網(wǎng)絡(luò)上的現(xiàn)有路由選擇方法具有它們自己的嚴重缺點。由于這些路由選擇方法能從多條通過網(wǎng)絡(luò)的路徑中進行選擇，兩個或更多分組便有可能試圖同時占用同一鏈路。因此要求這一方法能解決在這一情況中產(chǎn)生的爭用。這可以通過使用網(wǎng)絡(luò)中的緩沖存儲來存儲一個或多個分組直到鏈路空閑為止或通過使一個或多個分組偏離其最佳路徑，這一技術(shù)稱作偏離路由選擇[1、7]，來完成。緩沖存儲能在它們跨越網(wǎng)絡(luò)的行程中成功地將分組保持在它們的正確序列中。但對于高速網(wǎng)絡(luò)，緩沖存儲不是吸引人的解決方法，因為它引入可變與不能預(yù)測的延時并增加控制復(fù)雜性及成本。在光子網(wǎng)的情況中，對緩沖器的構(gòu)造存在嚴重的技術(shù)限制。偏離路由選擇不遭受這些技術(shù)限制并容易控制得多，但偏離也導(dǎo)致分組遭受可變及不可預(yù)測的延時。因此分組可能以不正確的順序投送給目的地。傳統(tǒng)的多維網(wǎng)絡(luò)與路由選擇機制的又一限制在于不使用高層傳送控制層便難以達到對節(jié)點的廣播。使用高層傳送控制層是不希望的由于它引入可觀的處理延遲。Yener,B.等人的論文，PROCEEDINGOFTHEGLOBALTELECOMMUNICATIONSCONFERENCE(GLOBECOM)，舊金山，1994年11月28日至12月2日，3卷之1,IEEE,169-175頁，及專利US-A-5297137討論用多個生成樹來增強基于開關(guān)的網(wǎng)絡(luò)的容錯能力。提出采用兩個虛擬環(huán)。各環(huán)用網(wǎng)絡(luò)的邊不相交生成樹來體現(xiàn)，因此各虛擬環(huán)跨越網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點。因此不可能簡單地通過首先選擇虛擬環(huán)之一高效地選擇分組的路由。隨著分組通過網(wǎng)絡(luò)，通過在中間節(jié)點上作出本地路由選擇決定以傳統(tǒng)方式進行路由選擇。公布在NETWORKINGINTHENINETIES中的ZHENGSHENGZHANG等人的論文，BalHarbour,1991年4月7-11日卷3,1991年4月7日，IEEE,1012-1021頁，公開了一種同步網(wǎng)絡(luò)以便所有節(jié)點的傳輸在時隙的起點上開始。然而，雖然節(jié)點的轉(zhuǎn)接在這一程度上是預(yù)先排定的，但不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換不是預(yù)定的。這便是說，不可能事先預(yù)測某一開關(guān)在給定時刻上將在一定狀態(tài)中，反之，在給定的時隙中開關(guān)是否從一種狀態(tài)改變到另一種是由采用熱土豆算法作出的本地路由選擇決定而確定的。因此開關(guān)狀態(tài)取決于本地通信量條件。按照本發(fā)明的第一方面，提供了在包括多個節(jié)點與鏈路的通信網(wǎng)中選擇分組路由的方法，在通信網(wǎng)中將節(jié)點與鏈路配置成多條定向軌跡，各定向軌跡只鏈接多個節(jié)點中的一些，并且定向軌跡組合在一起生成網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點，該方法包括a)根據(jù)分組的目的地從多條定向軌跡中選擇一條定向軌跡T，所選擇的軌跡包含該分組的源節(jié)點與目的地節(jié)點；以及b)在源節(jié)點上將分組輸出到多條定向軌跡中選擇的一條上。本發(fā)明提供了在多維通信網(wǎng)中分組路由選擇的根本上全新的方法。它有可能提供一維路由選擇的全部優(yōu)點，同時克服路由選擇效率與最大吞吐量可伸展性低劣的嚴重缺點。它還完全避免了對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)解決爭用的需求。本發(fā)明采用了發(fā)明人稱為“定向軌跡路由選擇”的方法。這利用了下述事實，如下面進一步討論的，具有適當拓撲的網(wǎng)絡(luò)可分成一組各別的軌跡，使得沒有一條單一的軌跡跨越整個網(wǎng)絡(luò)，但是總存在著一條軌跡從給定的源節(jié)點引導(dǎo)到給定的目的地節(jié)點。這時通過簡單地選擇將源節(jié)點鏈接到所要求的目的地節(jié)點的適當軌跡便能進行路由選擇。一旦在該軌跡上，便能以準一維方式選擇分組的路由。如在一維路由選擇中，但與Yener等人及Zhang等人的論文中的先有技術(shù)方法相反，源節(jié)點在發(fā)送分組之前選擇從源到目的地的整條軌跡。本發(fā)明的較佳實現(xiàn)提供可基于簡單的標題字識別的非常簡單的處理及路由選擇節(jié)點的優(yōu)點。報文投送時間是受光延遲速度支配的。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無須爭用，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不需要緩沖存儲并且網(wǎng)絡(luò)沒有死鎖或活鎖。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可用任何方式命名。實施本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)提供高效的路由選擇及良好的吞吐量，并且在為更大的網(wǎng)絡(luò)放大本方法時仍保持這些優(yōu)點。利用本發(fā)明，延遲變成為零并能以正確的順序投送分組。本發(fā)明既能支持無連接(數(shù)據(jù)報)又能支持面向連接的模式，并在面向連接的模式中提供有保證的帶寬。本方法也使物理層廣播成為現(xiàn)實。最好本方法包括在分組通過的各節(jié)點上讀目的地地址，在本發(fā)明的較佳實現(xiàn)中，節(jié)點為所需的唯一處理是須確定分組地址是否與節(jié)點地址匹配。最好各中間節(jié)點將在該中間節(jié)點上接收的并對另一節(jié)點尋址的分組在預(yù)定的及與該分組所攜帶的任何信息無關(guān)的方向上轉(zhuǎn)送該分組。本發(fā)明的重要優(yōu)點在于它使中間節(jié)點的工作無須要求超過必須確定該分組的目的地地址是否對應(yīng)于該節(jié)點地址以外的任何處理。該分組最好是光子網(wǎng)上攜帶的光分組。雖然本發(fā)明完全不限于對在光領(lǐng)域中操作的系統(tǒng)的應(yīng)用，但用在超高速光子網(wǎng)中時它的確提供特殊的優(yōu)點。它能高效利用這種網(wǎng)絡(luò)所提供的帶寬，同時避免使用偏離路由選擇或與提供光緩沖器關(guān)聯(lián)的技術(shù)問題等缺點。最好網(wǎng)絡(luò)中的各定向軌跡是至少一條閉合定向軌跡的子圖并包括來自網(wǎng)絡(luò)的鏈路不相交定向環(huán)分解的一定向環(huán)或多個連接的定向環(huán)的并集。最好選擇定向軌跡T的步驟包括用中間節(jié)點上的預(yù)排定的轉(zhuǎn)接來同步該分組的初始發(fā)送。發(fā)現(xiàn)沿從若干定向環(huán)構(gòu)成的軌跡選擇分組的路由的特別有效的方法為在預(yù)先排定的時間(諸如在固定的周期性)上轉(zhuǎn)接中間節(jié)點的光輸出端，以便將一個環(huán)連接到另一環(huán)上。然后源節(jié)點通過在相對于轉(zhuǎn)接時間表確定的時間上輸出該分組以便在要求的節(jié)點上將它從一個環(huán)轉(zhuǎn)接到軌跡中的下一個環(huán)而確定該分組所沿的軌跡。最好轉(zhuǎn)接出現(xiàn)在來自網(wǎng)絡(luò)的鏈路不相交定向環(huán)分解的環(huán)之間的連接點上。最好節(jié)點開關(guān)在預(yù)排定的預(yù)定開關(guān)狀態(tài)之間在整個網(wǎng)絡(luò)上是同步的。例如，在下述4×4環(huán)面網(wǎng)中，將縱橫接線器與各節(jié)點關(guān)聯(lián)。所有縱橫接線器正常設(shè)定在交叉(cross)狀態(tài)上，并在預(yù)定的時間間隔上重復(fù)地將縱橫接線器設(shè)定到橫杠(bar)狀態(tài)上。雖然使用臨時開關(guān)是較好的，但本發(fā)明不只限于這些技術(shù)。例如，可替代使用波長開關(guān)實現(xiàn)本發(fā)明。最好預(yù)先排定的中間節(jié)點的開關(guān)的定時序列包括分成多個時隙的幀，而源節(jié)點在該定時幀中的多個時隙的選擇的一個中輸出分組到網(wǎng)絡(luò)上，而在一次試驗中相繼的節(jié)點之間的鏈路長度是使得在第一時隙中離開一個節(jié)點的分組在第二時隙中到達下一個相繼的節(jié)點。例如，當分組從一個節(jié)點通過到下一個節(jié)點時可前進或滯后一個時隙。按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種通信網(wǎng)，包括a)配置成多條定向軌跡的多個節(jié)點與鏈路，各定向軌跡只跨越多個節(jié)點中的一些，而多條定向軌跡在一起跨越網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點并至少包含一條定向軌跡鏈接該網(wǎng)絡(luò)中的各源節(jié)點與各目的地節(jié)點。b)用于根據(jù)分組的目的地從多條定向軌跡中選擇一條定向軌跡T的裝置；所選擇的軌跡包含分組的源節(jié)點與目的地節(jié)點；以及c)用于在源節(jié)點上將分組輸出到多條定向軌跡中選擇的一條上的裝置。按照本發(fā)明的第三方面，提供了通信網(wǎng)絡(luò)，包括a)配置成多條定向軌跡的多個節(jié)點與鏈路，各定向軌跡只跨越多個節(jié)點中的一些而多條定向軌跡在一起跨越網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點，并包含至少一條定向軌跡鏈接網(wǎng)絡(luò)中的各源節(jié)點與各目的地節(jié)點；b)配置成根據(jù)分組的目的地從多條定向軌跡中選擇一條定向軌跡T的路由選擇控制器，該定向軌跡包含該分組的源節(jié)點與目的地節(jié)點；c)用于接收供在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)姆纸M的輸入端；以及d)連接在用于接收分組的所述輸入端上及連接在路由選擇控制器上并配置成將在所述輸入端上接收的分組輸出到所述多條定向軌跡中選擇的一條上的輸出端。按照本發(fā)明的第四方面，提供了光通信網(wǎng)，包括a)用于根據(jù)分組通過網(wǎng)絡(luò)所要求的路徑為該分組選擇一個時隙的裝置；b)用于在選擇裝置所選擇的時隙中，在源節(jié)點上將該分組輸出到網(wǎng)絡(luò)上的裝置；c)用于定期轉(zhuǎn)換多個路由選擇節(jié)點的路由選擇狀態(tài)的裝置；d)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，用于按照在分組到達該節(jié)點的時隙中的各自的節(jié)點的路由選擇狀態(tài)將該分組轉(zhuǎn)換到不同的輸出端的裝置；以及e)用于在目的地節(jié)點上接收該分組的裝置。按照本發(fā)明的第五方面，提供了在光通信網(wǎng)中將光分組的路由從源節(jié)點選擇到目的地節(jié)點的方法，包括a)根據(jù)該分組通過網(wǎng)絡(luò)所要求的路徑為該分組選擇一個時隙；b)在步驟(a)中所選擇的時隙中在源節(jié)點上將該分組輸出到網(wǎng)絡(luò)上；c)周期轉(zhuǎn)換多個路由選擇節(jié)點的路由選擇狀態(tài)；d)隨著分組通過網(wǎng)絡(luò)，在不同節(jié)點上按照各自的節(jié)點在分組到達該節(jié)點的時隙中的路由選擇狀態(tài)，將分組轉(zhuǎn)接到不同的輸出端上；以及e)在目的地節(jié)點上接收該分組。本發(fā)明還包括采用按照本發(fā)明前述方面的網(wǎng)絡(luò)的多處理器計算機系統(tǒng)、局域網(wǎng)、大城市區(qū)通信網(wǎng)、校園網(wǎng)及通信轉(zhuǎn)換器。下面參照附圖與先有技術(shù)對比，用只是示例的方式更詳細地描述體現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)，附圖中圖1為通信網(wǎng)絡(luò)的第一實例的示意圖；圖2為圖1的節(jié)點之一的電路圖；圖3為展示分組時隙的劃分的圖；圖4為展示4×4環(huán)面網(wǎng)絡(luò)的拓撲的圖；圖5為展示4×4曼哈頓街網(wǎng)絡(luò)(MSN)的拓撲圖；圖6為展示對網(wǎng)絡(luò)維數(shù)n的相對于n×nMSN中的最短路徑路由選擇的n×n環(huán)面及n×nMSN網(wǎng)絡(luò)中的不同路由選擇方案的效率的曲線；圖7為展示連接的鏈路不相交定向環(huán)的圖；圖8a與8b為展示使用縱橫接線器的環(huán)面網(wǎng)絡(luò)的圖，其中的接線器分別設(shè)定為交叉與橫杠狀態(tài)；圖9為展示配置在幀結(jié)構(gòu)中的分組時隙的定時圖；圖10為展示連接相鄰節(jié)點的鏈路的長度的圖；圖11示出采用圖8的網(wǎng)絡(luò)中的水平與垂直環(huán)之間的轉(zhuǎn)接的定向軌跡路由選擇的實例；圖12示出帶雙向鏈路的二維3×3網(wǎng)孔；圖13示出接線器在交叉位置中的圖12的網(wǎng)絡(luò)；圖14示出接線器在橫杠位置中的圖12的網(wǎng)絡(luò)；圖15示出2元(2-ray)4立方體超立方體網(wǎng)絡(luò)；圖16示出分組開關(guān)；以及圖17示出多處理器計算機。光通信網(wǎng)包括鏈接若干個人計算機工作站3的LNA1。各工作站通過網(wǎng)絡(luò)接口3a連接在LAN上。工作站與LAN一起提供例如可用于觀察復(fù)雜數(shù)據(jù)的分布式計算環(huán)境。各工作站連接在網(wǎng)絡(luò)的各自的節(jié)點2上。數(shù)據(jù)分組4通過節(jié)點2與鏈路5在工作站3之間通信。在本實例中，鏈路5是用光纖構(gòu)成的并在光域中傳輸分組4。雖然為了便于例示，在圖中只示出了少數(shù)節(jié)點，實際上，網(wǎng)絡(luò)可包括數(shù)百個節(jié)點。在這第一示例中，節(jié)點與互連光纖是配置成n×n環(huán)面網(wǎng)絡(luò)的。n×n環(huán)面網(wǎng)絡(luò)為帶有單向鏈路的規(guī)則網(wǎng)絡(luò)，并且節(jié)點具有2的入度與出度。邏輯上，鏈路形成一環(huán)面上的網(wǎng)絡(luò)，n行或n列中的所有鏈路都是同向的。圖4中示出4×4網(wǎng)絡(luò)的實例。各節(jié)點包含2×2‘縱橫制’接線器或其邏輯等效物。在交叉配置中接線器將輸入列連接在輸出列上，并將輸入行連接在輸出行上；在橫杠配置中將輸入列連接在輸出行上，并將輸入行連接在輸出列上。圖8(a)示出所有接線器設(shè)定在交叉位置上的情況。在這一情況中，網(wǎng)絡(luò)包含各具有長度n的一組2n個環(huán)。在這里的標記中，將n個水平環(huán)標記為Cih，其中i=0,1…,n-1，而將n個垂直環(huán)標記為Cjv，其中j=0,1,…,n-1。網(wǎng)絡(luò)圖的鏈路不相交定向環(huán)分解非常適合本發(fā)明的路由選擇方法。n×n的環(huán)面網(wǎng)包含定義為Tij=Cih∪Cjv的n2個不同的閉合定向軌跡。軌跡Tij的割點出現(xiàn)在分量環(huán)的交點上，在節(jié)點(i,j)上；換言之，網(wǎng)絡(luò)中各該n2個節(jié)點正好是閉合定向軌跡Tij中一個的割點。網(wǎng)絡(luò)的這一環(huán)分解非常適合于本發(fā)明的定向軌跡路由選擇方法，因為能將分組的路由從其源選擇到其目的地，兩者位于網(wǎng)絡(luò)中的任何地方，這是沿由垂直或水平環(huán)或者一個垂直與一個水平環(huán)的并集組成的定向軌跡的；因此分組必須在環(huán)間轉(zhuǎn)接最大一次(在作為垂直與水平環(huán)的連接點的割點上)。當將所有接線器都設(shè)置成橫杠位置時，如圖8(b)中所示，得到網(wǎng)絡(luò)的不同環(huán)分解；在該情況中網(wǎng)絡(luò)包含n個環(huán)，各有長度2n。然而這一環(huán)分解較不適合于定向軌跡路由選擇，因為在源一目的地對之間引導(dǎo)的定向軌跡可能必須是許多環(huán)的并集。能以自動的方式操作將分組保持在從其源引導(dǎo)到其目的地的其選擇的軌跡上的轉(zhuǎn)接操作，而無須中間節(jié)點來過問分組目的地地址或執(zhí)行任何智能的路由選擇。網(wǎng)絡(luò)以分隙的方式操作將分組限制在一定的最大長度上，即將時間分成有規(guī)則的時隙，將它們大小定為包含最大允許長度的一分組連同一防護帶。網(wǎng)絡(luò)中的所有路由選擇節(jié)點中的縱橫制接線器配置成以規(guī)則的、協(xié)調(diào)的方式操作，在時隙速率上鎖定在全局網(wǎng)絡(luò)時鐘上。在接線器改變配置時，它們在防護頻帶中這樣做以便不破壞分組。圖9為展示各有長度T的配置在長度為n個時隙的幀中的分組時隙的時間圖。在幀中的前面n-1個時隙中，縱橫制接線器都設(shè)定在交叉位置上(圖中用C標記)；在該幀的最后時隙中將接線器全部設(shè)定在橫杠位置上(用b標記)。如圖10中以示例方式所示，選擇與控制連接網(wǎng)絡(luò)中一對相鄰節(jié)點的各鏈路長度，以便信號組飛行時間等于(qn+1-Δ)T，其中q為任何整數(shù)，而Δ為兩個節(jié)點上的時鐘信號之間以時隙時段T的分數(shù)表示的相位差。換言之，除時鐘相位差ΔT外，網(wǎng)絡(luò)中每一條鏈路的長度等于任意整數(shù)個幀加上一個時隙。從而在一幀中的第j個時隙中從一個節(jié)點出口的分組將在一幀中的第(ⅰ+1)個時隙中到達下一節(jié)點。更一般地，分組可前進或滯后固定整數(shù)數(shù)目的時隙。如果n為奇數(shù)，分組可前進/滯后任何不是n的倍數(shù)的固定整數(shù)數(shù)目的時隙，或者如果n為偶數(shù)，則奇數(shù)數(shù)目的時隙。圖11示出4×4環(huán)面網(wǎng)絡(luò)對一些在其中行進的分組如何出現(xiàn)。在圖11中假定節(jié)點A想要傳輸一個分組給節(jié)點D。源節(jié)點A將利用查找表或某一其它算法來確定它應(yīng)利用幀中的第三位置中的空時隙(在本例中各幀包含4個時隙)沿水平環(huán)C2h中的外出鏈路傳輸該分組。到達下一節(jié)點B時，該分組將發(fā)現(xiàn)自己在幀中的第4(即最后)時隙中，因此B上的縱橫制接線器將配置在橫杠位置上，如圖11中所示。因此將分組轉(zhuǎn)接到垂直環(huán)C1v上并向前進通過節(jié)點C(它現(xiàn)在在幀中的第一時隙中，因此C上的接線器在交叉狀態(tài)中)，最終到達其目的地節(jié)點D。圖11中未示出替代的路由選擇；在幀的第二時隙中從A沿垂直環(huán)Cov出來，通過節(jié)點E與F。在環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中，采用軌跡Tij=Cih∪Cir的定向軌跡路由選擇是100％有效的；即定向軌跡路由選擇給出任何源一目的地對之間的最短路徑。能顯示n×n環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的平均最短路徑距離等于n2/(n+1)個中繼段。由于最大穩(wěn)態(tài)吞吐量是由節(jié)點的入度除以所占用的平均距離給出的，它等于2(n+1)/n2。因此吞吐量定標為O(1/√N)，其中N=n2為節(jié)點數(shù)，與吞吐量定標為O(1/N)的單方向路由選擇不同。如前面所示，采用定向軌跡路由選擇，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點被要求在進入的分組上執(zhí)行的唯一處理操作是簡單的檢驗每一個進入分組的目的地地址，如果它對應(yīng)于該節(jié)點的地址便從網(wǎng)絡(luò)上去掉該分組，否則將其轉(zhuǎn)發(fā)。比較分組地址與節(jié)點地址的過程是簡單的單字匹配操作，并能在高速上執(zhí)行；例如，最近示教6位地址字的光識別的最高速率為100Gbit/s[11]。由于定向軌跡路由選擇并不采用依賴于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的任何特定順序編號系統(tǒng)的算法，可以以完全隨意的方式標記節(jié)點。這能簡化計劃、管理及發(fā)展網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。雖然到目的為止環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的定向軌跡路由選擇的描述假定網(wǎng)絡(luò)是完整的n×n結(jié)構(gòu)，也能處理節(jié)點丟失或者節(jié)點或鏈路故障的情況。如果節(jié)點丟失，只須如圖10中所示繞過這一空位置的鏈路保持正確的定時關(guān)系，即在這一情況中繞過空節(jié)點位置的鏈路應(yīng)具有(qn+2-Δ)T的信號組延遲(整數(shù)個幀加兩個時隙減相位校正ΔT)。與一維路由選擇方法不同，整個網(wǎng)絡(luò)的操作不受丟失鏈路或節(jié)點的危害。這是由于假定源與目的地不在同一水平或垂直環(huán)上時，在任何源一目的地對之間存在兩條可利用的定向軌跡路由。如果一條定向軌跡故障，可以利用另一條可利用的軌跡來替代。如果源與目的地位于同一垂直或水平環(huán)上，不存在替代的定向軌跡路由，但能通過以剛才在丟失節(jié)點的情況中所描述的方式繞過故障的節(jié)點或鏈路來補救該環(huán)。并不嚴格要求環(huán)面網(wǎng)絡(luò)是正方形的；例如可在帶有m行與n列的矩形網(wǎng)絡(luò)中利用定向路由選擇，這里假定m＞n。這時幀必須包含對應(yīng)于較大尺度(在本例中為m)的時隙數(shù)，而在完整的m×m結(jié)構(gòu)中存在m-n個丟失的或“幻影”列。在對應(yīng)于幻影割點的時隙沿一行行進的分組只能保持在該行中。這降低網(wǎng)絡(luò)效率，但保證所有mn個實節(jié)點都能被訪問。網(wǎng)絡(luò)能同時支持無連接與面向連接的操作模式。在無連接模式中，源能通過在對應(yīng)于引導(dǎo)到目的地的定向軌跡的空時隙中插入分組而傳輸?shù)竭x擇的目的地。對于適當?shù)目諘r隙的可獲得性并無保證，源與目的地之間的通信是暫時的。在面向連接的模式中，利用在先的信令來保留適當時隙的規(guī)則序列允許在源-目的地對之間建立連接。在一維網(wǎng)絡(luò)中，能以直觀的方式實現(xiàn)從給定的源對網(wǎng)絡(luò)中每一個其它節(jié)點的廣播；當分組穿過網(wǎng)絡(luò)時各節(jié)點拷貝要廣播的分組。在不采用預(yù)定的路由選擇表(諸如帶偏離爭用解決的自選擇路由算法)的多維網(wǎng)中，如果只利用物理層機制，廣播不是有效的。除非利用較高的傳送層協(xié)議，要廣播一分組必須傳輸單獨的拷貝到網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點；換言之，物理層廣播具有復(fù)雜性O(shè)(N)，其中N為節(jié)點數(shù)。雖然傳送層協(xié)議能在低速網(wǎng)中高效的，對于甚高速網(wǎng)絡(luò)，額外的延遲可能是不可接受的?？梢酝ㄟ^在跨越網(wǎng)絡(luò)的整個范圍的一組軌跡上傳輸拷貝來利用定向軌跡路由選擇以實現(xiàn)在環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的物理層廣播(例如，為了從n×n環(huán)面網(wǎng)絡(luò)的第i行中的一個節(jié)點上廣播，可在n條軌跡Tij=Cih∪Cjv上傳輸分組拷貝，其中j=0,1,…,n-1)。這一物理層廣播具有復(fù)雜性O(shè)(√N)，其中N=n2為節(jié)點數(shù)。圖2示出適合于插入圖4中所示的MSN的2連接的節(jié)點的結(jié)構(gòu)。在光子網(wǎng)實現(xiàn)中，圖2中所示的粗線為光纖路徑。在到節(jié)點的兩個輸入端上的延遲單元提供在兩條進入鏈路的長度上的必要調(diào)節(jié)以滿足上述要求，即在連接一對節(jié)點的各鏈路上，沿該鏈路的信號組飛行時間應(yīng)等于(qn+1-Δ)T，其中q為任何整數(shù)，而Δ則為在這兩個節(jié)點上的時鐘信號之間以時隙時段T的分數(shù)表示的相位差。通過提供帶有對相位差的獨立補償?shù)膬蓷l延時線(各輸入端上一條)，也有可能保證在兩個進入鏈路上的分組是互相相對及相對于該節(jié)點上的時隙時鐘正確地同步的。各延遲單元可包含下述組合ⅰ)截成提供粗略定時調(diào)節(jié)的適當長度的一段光纖；ⅱ)由2×2空分開關(guān)及光纖延時(諸如在參考文獻[12]中所描述的)組成的提供幾百皮秒以內(nèi)的定時調(diào)節(jié)的分級可調(diào)的延時線；以及ⅲ)提供數(shù)十皮秒以內(nèi)的精調(diào)的自由空間可調(diào)的光延時線(諸如Santec公司制造的光延時線型號ODL-300-15-SMF)?？赡芤残枰a償進入鏈路的光徑長度中的緩慢偏移。這此偏移可由作用在光纖上的環(huán)境因素導(dǎo)致，例如導(dǎo)致伸長的運動或溫度變化等?？赏ㄟ^檢測節(jié)點上進入分組到達與時隙時鐘的相對定時中的變化來達到這一連續(xù)的環(huán)境補償，并提供電反饋控制信號給分級可調(diào)延時線及自由空間可調(diào)延時線單元。標題處理單元執(zhí)行下述任務(wù)ⅰ)檢測時隙中存在不存在分組；ⅱ)檢測分組到達時間；以及ⅲ)確定進入分組是否尋址該節(jié)點。對于任務(wù)ⅰ)與ⅱ)利用～1GHz帶寬光檢測器來檢測分組信號的一小部分便已足夠。在時隙中存在來自光檢測器的信號表示存在分組?？衫秒娮訖z相電路檢測時隙時鐘在時隙率上的與光檢測器信號的分量之間的相位關(guān)系，而與這一相位差成正比的電壓提供對上述反饋控制電路必要的控制信號。對于任務(wù)ⅲ)必須比較分組標題中的地址與節(jié)點的地址。對于超高速光子實現(xiàn)可采用本申請人的國際專利申請PCT/GB94/00397中所描述的超高速二進制字識別法來執(zhí)行，其進一步的技術(shù)細節(jié)公開在WO95/33324中。通過引用將這些較早申請的內(nèi)容結(jié)合在此。這一技術(shù)的實驗演示描述在參考文獻[11]中。如上面提到的申請中所描述的，從二進制字的子集中選擇對子集中任何兩個字A,B下述條件為真的分組地址字僅當A=B時AB=0及，否則，AB=1，其中AB為布爾運算&Sigma;i=1nai.b&OverBar;i.]]>然后利用來自分組的地址字與節(jié)點地址的補碼之間的簡單“與”運算進行字識別。適用的“與”門為支持四波混合(FWM)的半導(dǎo)體光學放大器。這一字識別方法提供表示標題目的地地址是否與節(jié)點地址匹配的二進制輸出信號?；究辗纸粨Q操作是用三個縱橫接線器執(zhí)行的。三個而不只是1個接線器的原因是提供連接到與來自本地主計算機系統(tǒng)所需的信號路徑。能在1ns或更短時間中操作的適當空分開關(guān)為諸如GEC高級部分供應(yīng)的型號Y-35-8772-02的鈮酸鋰器件。圖3中示出分組時隙的適當劃分。在這一實例中假定時隙時鐘是在155MHz的速率上(6.45ns周期)。這是當前在SDH網(wǎng)絡(luò)中使用的標準時鐘并能以小于500ps的定時抖動分布在寬廣的(國家)地理區(qū)上。在圖3中所示的實例中還假定分組由100Gbit/s(4.24ns持續(xù)時間)上的53個字節(jié)構(gòu)成，操作電光空分開關(guān)的適當開關(guān)帶為1ns，以及此外還有大小各為0.6ns的兩個時間防護帶。在該節(jié)點內(nèi)，當前時隙在幀中的位置可用計數(shù)時隙時鐘脈沖的電子模n計算器(對于n個時隙長度的幀)跟蹤。在網(wǎng)絡(luò)的初始起動階段及隨后在可獲得時隙期間，網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點(指定的主節(jié)點)能廣播該幀中的固定位置(諸如第一位置)中的分組，以便其它節(jié)點中的計數(shù)器能復(fù)位到與該主節(jié)點同步的正確相位上。用圖2中所示的在下述信息的基礎(chǔ)上工作的電子開關(guān)控制器單元激活該節(jié)點中的空分開關(guān)ⅰ)幀中的時隙的位置是否對應(yīng)于定向軌跡路由選擇環(huán)中的“交叉”或“橫杠”配置(1位)；ⅱ)進入分組是否占用當前時隙(每一輸入端口1位)；ⅲ)進入分組的目的地地址是否與節(jié)點的地址匹配(每一輸入端口1位)；ⅳ)在主機的輸出緩沖器中等待的分組是否想要在當前時隙中訪問輸出端口(每一輸出端口1位)。在這一信息(總共7位)的基礎(chǔ)上，電子開關(guān)控制器單元與分組之間的時間防護帶正確地同步發(fā)送電驅(qū)動信號到空分開關(guān)，并以這一方式執(zhí)行下述任務(wù)ⅰ)將進入分組的路由選擇到主機或輸出端口之一上；ⅱ)如果要求的時隙是空的，將來自主機的分組的路由選擇到輸出端口之一上。執(zhí)行這些任務(wù)所需的邏輯的實例如下如果非(當前時隙是幀中最后位置)則S1:=交叉如果((進入行時隙是占用的)與非(進入列時隙是占用的)與非(進入行分組是尋址到主機)與(主機分組正在等待在當前時隙中從行端口出去)與(主機分組正在等待在當前時隙中從列端口出去)){注釋-未定義空進入列時隙的目的地地址}則開始S2:=交叉；S3:=橫杠；結(jié)束；以此為實例的路由選擇邏輯是充分簡單的，它能用硬布線連由快速8位解碼器芯片執(zhí)行，無須算術(shù)運算、寄存器或查找表。它純粹是邏輯組合電路，因此決定時間只取決于門延時。因此開關(guān)控制器單元能在高速上操作，適用于在多Gbit/s網(wǎng)絡(luò)中選擇分組路由。上述路由選擇方法提供高效率及低等待時間，并在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(shù)上升時仍保持這些優(yōu)點。圖6示出n×n環(huán)面及MSN網(wǎng)絡(luò)中各種路由選擇方案相對于n×nMSN中最短路徑路由選擇的、作為網(wǎng)絡(luò)維數(shù)n的函數(shù)的效率。各種曲線為A,n×n環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的哈密頓環(huán)路由選擇；B,n×n環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的定向軌跡路由選擇；C,n×nMSN中的定向軌跡路由選擇；D,n×nMSN中的航位推算法路由選擇；E，采用提供最短路徑路由的路由選擇規(guī)則(Maxemchuk的“第一規(guī)則”[5])的n×nMSN中的路由選擇。能看出實現(xiàn)本發(fā)明的方法B與C在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上升時仍保持60％或更高的相對高效率。效率明顯地高于作為可應(yīng)用在環(huán)面網(wǎng)絡(luò)上的一維路由選擇技術(shù)的哈密頓環(huán)路由選擇。如上面的概述中所指出的，本發(fā)明可應(yīng)用在諸如分組交換中。圖16示出N×N緩沖存儲的分組交換機，其中的互連160為體現(xiàn)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)。圖17中示出進一步的應(yīng)用，其中示出多處理器計算機，其處理器、存儲器、文件存儲器及I/O端口連接在采用定向軌跡路由選擇的一網(wǎng)絡(luò)的各自的節(jié)點上。雖然上述第一實例使用了n×n環(huán)面拓撲，定向軌跡路由選擇可用在各式各樣的不同網(wǎng)絡(luò)拓撲上，其中包含不規(guī)則形狀的拓撲。在以下各節(jié)中，給出定向軌跡路由選擇的形式通用描述，并描述其它替代網(wǎng)絡(luò)拓撲的實例。定向軌跡路由選擇-概述本節(jié)給出定向軌跡路由選擇方法的概要數(shù)學描述。本節(jié)及描述與權(quán)利要求中各處出現(xiàn)的下列名詞是常用的并在圖論中定義的(例如，見[8])，并具有它們在這一領(lǐng)域中的含義圖、有向圖、子圖、強連接的、定向的、點、弧、路徑、軌跡、跨越、入度、出度、歐拉、哈密頓、環(huán)、鏈路不相交、環(huán)分解、割點。通信網(wǎng)絡(luò)是用標記為G的強連接的有向圖[8]表示的，其中各點唯一地表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，各弧表示一對有區(qū)別的節(jié)點之間的單向鏈路，及各節(jié)點分配有唯一的地址。在這一定向圖中，軌跡定義為節(jié)點與鏈路的交替序列，以節(jié)點開始及結(jié)束，其中各鏈路是從緊接在前面的節(jié)點到緊接在后面的節(jié)點的定向鏈路，并且所有鏈路(但不一定所有節(jié)點)是有區(qū)別的。對于G中的每一個節(jié)點ni，定義有區(qū)別的軌跡的一集合Si使得沒有單一的軌跡跨越G，但Si中至少有一條軌跡從ni引導(dǎo)到G中任何其它節(jié)點。為了實現(xiàn)將信息分組從其源ni到G中的目的地節(jié)點nj(ni≠nj)的傳輸，源只將目的地地址附加在分組上并將該分組發(fā)送到選自Si的包含nj的軌跡T上。對于將分組從其源到其目的地的整個傳輸過程，唯一的路由選擇決定便是在源選擇T時作出的。可將源所需的路由選擇信息存儲在查找表中。除了其目的地地址以外，分組自身不帶路由選擇信息，并且源與目的地之間的中間節(jié)點不對分組執(zhí)行路由選擇功能。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點唯一需要在進入分組上執(zhí)行的處理操作是簡單的在G中每一個節(jié)點nk上，檢驗每一個進入分組的目的地地址；如果分組目的地地址對應(yīng)于nk的地址便從網(wǎng)絡(luò)上移走該分組，否則將它轉(zhuǎn)發(fā)。機制保證分組一旦被其源發(fā)送到選擇的軌跡上便將沿該軌跡轉(zhuǎn)發(fā)直到在該分組的目的地上被移走為止。關(guān)鍵性的是，在所有節(jié)點上的這些機制的操作是完全與是否存在任何分組或分組內(nèi)容無關(guān)的。下面描述在一定網(wǎng)絡(luò)拓撲中設(shè)計這種路由選擇機制的基礎(chǔ)。表示網(wǎng)絡(luò)的有向圖G必須是歐拉型的(即在G中每一點上入度與出度相等)。事實上如下面所述，大多數(shù)實際通信網(wǎng)絡(luò)都是歐拉型的。按照圖論中的已知定理[9]，歐拉有向圖是鏈路不相交定向環(huán)集合的并集(定向環(huán)為節(jié)點與鏈路的閉合交替序列，其中各鏈路是從緊接在前面的節(jié)點到緊接在后面的節(jié)點的定向鏈路，且所有鏈路與節(jié)點都是有區(qū)別的)。這一集合是G的鏈路不相交定向環(huán)分解，記作D(G)。下面引入另一定理定理如果兩個或兩個以上弧不相交定向環(huán)連接在一起，它們的并集為一閉合的軌跡。證明如果兩個弧不相交定向環(huán)共用一個公共點X則它們是連接的，并且它們的并集為一封閉軌跡，其中x為割點(如在圖7中共用公共點C的兩個環(huán)CKLAC及CDHJC的情況中是不言自明的，它們的并集為閉合軌跡CKLACDHJC)。如果這一閉合軌跡與另一弧不相交定向環(huán)共用公共點y(其中x與y可以相同或不同)，則它們的并集為另一閉合軌跡，其中y為割點。(例如，在圖7中，閉合軌跡CKLACDHJC與環(huán)DEFBD共用公共點D，它們的并集為閉合軌跡CKLACDEFBDHJC。)用外推法，對于任意數(shù)目的連接的環(huán)證明了本定理。由此得出，G中的任何開軌跡(諸如屬于任何ni在G中的集合Si的軌跡)為由來自D(G)的環(huán)或若干連接的環(huán)的并集構(gòu)成的至少一條閉合軌跡的子圖。(例如，在圖7中，從A到B的最短開軌跡，即ACDEFB，為閉合軌跡CKLACDEFBDHJC的子圖，后者是連接的環(huán)CKLAC、CDHJC及DEFBD之并集。)閉合軌跡中的割點出現(xiàn)在分量環(huán)的每一個連接點上。重新配置各種割點上的內(nèi)向與外向鏈路之間的內(nèi)部連接導(dǎo)致選擇不同的軌跡。(例如在圖7中，節(jié)點C內(nèi)的內(nèi)部連接能導(dǎo)致各內(nèi)向鏈路AC、PC與JC向前定向到鏈路CK、CM與CD中選擇的一條上。)為了啟動分組的自動軌跡路由選擇，可將G中的軌跡之間的轉(zhuǎn)接配置成發(fā)生在規(guī)則的預(yù)定時間上。這時用于沿選擇的軌跡T轉(zhuǎn)發(fā)分組的通用路由選擇機制在于保證分組從其源的初始發(fā)送與在割點上的預(yù)排定的轉(zhuǎn)接同步。這一預(yù)排定的轉(zhuǎn)接是配置成以整個網(wǎng)絡(luò)中同步的時間上協(xié)調(diào)的方式發(fā)生的。這一分組路由選擇方法是用前面及后面的節(jié)中所描述的實例說明的。如已說明的，為了這一路由選擇機制能工作，網(wǎng)絡(luò)必須具有歐拉拓撲圖。這表現(xiàn)為對非常廣范圍的通信網(wǎng)絡(luò)都是成立的。許多網(wǎng)絡(luò)在圖形意義上是對稱的(如果對于其中的每一條鏈路UV都存在著鏈路VU則有向圖是對稱的[10])，因此是歐拉型的。在對稱網(wǎng)絡(luò)中，連接兩個鄰接節(jié)點的各對對稱鏈路構(gòu)成一個環(huán)，并按照上述定理，任意數(shù)目這種環(huán)的并集，只要它們是連接的，便構(gòu)成一條閉合軌跡。規(guī)則對稱網(wǎng)絡(luò)的實例為帶有雙向鏈路對的n維網(wǎng)絡(luò)。所有路由選擇器網(wǎng)絡(luò)及廣域電信網(wǎng)中的鏈路以對稱對出現(xiàn)，因此這些網(wǎng)絡(luò)原則上支持定向軌跡路由選擇，即使網(wǎng)絡(luò)拓撲通常是高度不規(guī)則的因此這一路由選擇方法可能是低效的。然而，對于多處理器互連具有極大興趣的許多拓撲是規(guī)則的歐拉網(wǎng)，或者是對稱的(諸如帶雙向鏈路的n維網(wǎng)絡(luò))或者是定向的(即沒有定向鏈路的對稱的對，諸如k元n立方體)，并因此非常適合定向軌跡路由選擇。k元n立方體的實例為環(huán)面網(wǎng)絡(luò)與超立方體。下面用各種實例說明該路由選擇機制k元2立方體(k×k環(huán)面網(wǎng)絡(luò))；反向k元2立方體(k×k反向環(huán)面網(wǎng)絡(luò)，也稱作曼哈頓街網(wǎng)絡(luò))；帶雙向鏈路的規(guī)則2維n×n網(wǎng)格；以及2元n立方體(超立方體)。詳細地考慮環(huán)面與反向環(huán)面網(wǎng)絡(luò)。定向軌跡路由選擇提供一維路由選擇的許多優(yōu)點由時克服這種技術(shù)的有限效率。一維路由選擇可在諸如單向或雙向總線或環(huán)等一維網(wǎng)絡(luò)中或用哈密頓環(huán)實現(xiàn)。在定向軌跡路由選擇及一維路由選擇中，源節(jié)點在發(fā)送分組之前選擇從源到目的地的整個軌跡。中間節(jié)點不需要對分組作出反應(yīng)執(zhí)行路由選擇功能，這極大地簡化了節(jié)點的設(shè)計。這還消除了傳輸路徑內(nèi)的爭用；這消除了利用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)緩沖器或偏離路由選擇策略來解決爭用的必要，它們會引入延遲變化并有可能不利地重新排列分組序列。因為在路由選擇節(jié)點上既不需要復(fù)雜的分組標題數(shù)據(jù)處理也不需要緩沖存儲，網(wǎng)絡(luò)也非常適合允許高傳輸帶寬及低延遲的全光學實現(xiàn)。然而，在一維路由選擇情況中的缺點在于源必須在最多兩條可利用的路徑之間作出選擇，各路徑跨越所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。這導(dǎo)致相對高的平均源-目的地距離O(N)，其中N為G中的節(jié)點數(shù)。由于穩(wěn)定狀態(tài)中的理論最大吞吐量與平均源-目的地距離成反比，吞吐量是相對低劣的。另一方面，在優(yōu)選的網(wǎng)絡(luò)拓撲中的定向軌跡的情況中，有可能存在著多條從源引出的定向軌跡，各只跨越G中的節(jié)點的子集，而源需要選擇一條包含該分組所要求的目的地節(jié)點的軌跡。這導(dǎo)致較短的源-目的地距離，并且相對于一維路由選擇明顯地改進了吞吐量。和一維路由選擇的情況一樣，基于定向軌跡路由選擇的網(wǎng)絡(luò)可支持面向連接的與無連接的通信模式。在面向連接的模式中，能提供帶寬及延遲上的服務(wù)質(zhì)量保證。并且簡化了廣播。曼哈頓街網(wǎng)絡(luò)(MSN)n×nMSN為帶有單向鏈路的規(guī)則網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點具有入度與出度2。邏輯上，鏈路構(gòu)成環(huán)面上的網(wǎng)格。MSN不同于環(huán)面網(wǎng)絡(luò)在于相鄰行或列中的鏈路在反方向上行進，并且MSN只在行與列數(shù)為偶數(shù)的情況中定義。圖5中示出4×4網(wǎng)絡(luò)的實例。采用定向軌跡Tij=Cih∪Cjv的MSN路由選擇方案十分類似于環(huán)面網(wǎng)絡(luò)；主要差別在于交替的水平或垂直環(huán)具有相反的朝向。與環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中不同，MSN中的定向軌跡路由選擇的相對路由選擇效率(與最短路徑路由選擇相比)小于100％。然而，MSN中的平均最短路徑距離小于相等規(guī)模的環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的(對于大型網(wǎng)絡(luò)接近2更短的因子)。MSN中的源-目的地對之間的最短定向軌跡距離取決于節(jié)點的內(nèi)向與外向鏈路的相對朝向，其公式列出在表1中。利用這些公式，便能計算相對路由選擇效率(相對于最短路徑路由選擇)，其結(jié)果示出在圖6中。這揭示MSN中的定向軌跡路由選擇雖然比最短路徑算法(諸如Maxemchuk的‘第一規(guī)則’)或航位推算法的效率低，但仍然是好的。具體地，大型MSN中的定向軌跡路由選擇效率在0.65左右。<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="627">源節(jié)點朝向目的地節(jié)點朝向最短定向軌跡距離(如果給出兩個表達式，則為較小者)右下右下(dr-sr)modn+(dc-sc)modn左下(dr-sr)modn+(dc-sc)modnn-(dc-sc)modn+(dr-sr)modn左上(dc-sc)modn+n-(dr-sr)modnn-(dc-sc)modn+(dr-sr)modn右上(dc-sc)modn+n-(dr-sr)modn(dc-sc)modn+(dr-sr)modn</table></tables><tablesid="table2"num="002"><tablewidth="626">左下右下(dc-sc)modn+(dr-sr)modnn-(dc-sc)modn+(dr-sr)modn左下(dc-sc)modn+(dr-sr)modn左上(dc-sc)modn+n-(dr-sr)modn(dc-sc)modn+(dr-sr)modn右上(dc-sc)modn+n-(dr-sr)modnn-(dc-sc)modn+(dr-sr)modn左上右下(dc-sc)modn+n-(dr-sr)modnn-(dc-sc)modn+(dr-sr)modn左下(dc-sc)modn+n-(dr-sr)modn(dc-sc)modn+(dr-sr)modn左上(dc-sc)modn+(dr-sr)modn右上(dc-sc)modn+(dr-sr)modnn-(dc-sc)modn+(dr-sr)modn右上右下(dc-sc)modn+n-(dr-sr)modn(dc-sc)modn+(dr-sr)modn左下(dc-sc)modn+n-(dr-sr)modnn-(dc-sc)modn+(dr-sr)modn左上(dc-sc)modn+(dr-sr)modnn-(dc-sc)modn+(dr-sr)modn右上(dc-sc)modn+(dr-sr)modn</table></tables>表1n×nMSN中的源-目的地對之間的最短定向軌跡距離。只是為了這些公式的目的，將各行與列順序地編號為0,1,…,n-1。偶數(shù)編號的行是朝向“右”的；奇數(shù)編號的行是朝向“左”的。偶數(shù)編號的列是朝向“向下”方向的；奇數(shù)編號的列是朝向“向上”方向的。源位于行sr與列sc的交點上；類似地目的地位于行dr與列dc的交點上。例如，如果sr為偶而sc為奇，則源節(jié)點朝向稱作‘右上’。圖6還允許在相同維數(shù)的MSN與環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的定向軌跡路由選擇的效率之間進行比較。應(yīng)指出圖6中的所有曲線表示各種路由選擇方案相對于MSN中的最短路徑路由選擇效率的效率。雖然(如在前面的實例中所描述的)環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的定向軌跡路由選擇以100％的精確度成功地找到最短路徑路由選擇，這一路由選擇仍由具有比MSN中的定向軌跡路由選擇低的相對效率；這是因為MSN中的平均最短路徑距離明顯地小環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的平均最短路徑距離(對于大型網(wǎng)絡(luò)通過一接近2的因子)。MSN在穩(wěn)定狀態(tài)中的最大理論吞吐量等于節(jié)點的入度(2)除以平均最短路徑距離。定向軌跡路由選擇能達到的吞吐量等于2除以通過的平均距離，或以另一種方式表示，可達到的吞吐量等于最大理論吞吐量乘以路由選擇效率(對于大型網(wǎng)絡(luò)65％左右)。帶雙向鏈路的2維網(wǎng)絡(luò)圖12示出帶雙向鏈路的二維3×3網(wǎng)絡(luò)。這是圖形意義上對稱(前面定義的)的網(wǎng)絡(luò)的實例，因為對于每一條鏈路存在著反方向的對應(yīng)鏈路，構(gòu)成對稱的對。各節(jié)點包含能配置在交叉或橫杠位置中的空分接線器。圖13示出所有接線器都在交叉位置上時的網(wǎng)絡(luò)配置。在本例中，網(wǎng)絡(luò)由閉合軌跡(T1h,T1v等)的集合組成，各軌跡包含由對稱的對構(gòu)成的環(huán)的并集。圖14示出所有接線器都在橫杠位置上時的配置。這時能用于定向軌跡路由選擇的閉合軌跡集合包含一條水平軌跡(諸如T1h)與一條垂直軌跡(諸如T1v)的并集。這時定向軌跡路由選擇是用類似于為環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的路由選擇描述的定時方案獲得的。在本例中對于帶雙向鏈路的n×n網(wǎng)絡(luò)，幀應(yīng)具有2n-2個時隙的長度(諸如在給出的3×3網(wǎng)絡(luò)的實例中，幀長度為4個時隙)，并且?guī)?n-1個“交叉”時隙與一個“橫杠”時隙。這允許在網(wǎng)絡(luò)中的任何源與任何目的地之間的定向軌跡路由選擇。超立方體圖15示出2元4立方體，這是超立方體網(wǎng)絡(luò)的示例。和環(huán)面與曼哈頓街網(wǎng)絡(luò)一樣，超立方體是定向圖的實例(沒有對稱鏈路對的圖)。節(jié)點是全2路連接的，并包含2×2縱橫空分接線器。圖15還示出網(wǎng)絡(luò)的定向環(huán)分解。網(wǎng)絡(luò)由四個環(huán)構(gòu)成1,2,3,9,10,15,16,8,1；1,13,16,12,10,4,3,5,1；2,7,8,6,15,14,9,11,2；以及5,6,4,7,12,11,13,14,5。能用于在這一網(wǎng)絡(luò)中的定向軌跡路由選擇的閉合軌跡集合包含從這四個環(huán)中取任何兩個的并集。從而，定向軌跡路由選擇是用類似于為環(huán)面網(wǎng)絡(luò)中的路由選擇所描述的定時方案獲得的。本例中幀應(yīng)具有4個時隙的長度，并且?guī)?個“交叉”與一個“橫杠”時隙構(gòu)成。這允許在網(wǎng)絡(luò)中的任何源與任何目的地之間的定向軌跡路由選擇。例如，假定圖15中標記為1的節(jié)點為分組的源。則在幀的第一時隙中從源節(jié)點1沿向節(jié)點2的鏈路傳輸?shù)姆纸M將沿閉合軌跡1,2,3,9,11,2,7,8,1轉(zhuǎn)發(fā)。在幀的第一時隙中從源節(jié)點1沿向節(jié)點13的鏈路傳輸?shù)姆纸M將沿閉合軌跡1,13,16,12,11,13,14,5,1轉(zhuǎn)發(fā)。在幀的第二時隙中從源節(jié)點1沿向節(jié)點2的鏈路傳輸?shù)姆纸M將沿閉合軌跡1,2,3,5,1,13,16,8,1轉(zhuǎn)發(fā)。在幀的第二時隙中從源節(jié)點1沿向節(jié)點13的鏈路傳輸?shù)姆纸M將沿閉合軌跡1,13,16,8,1,2,3,5,1轉(zhuǎn)發(fā)。在幀的第三時隙中從源節(jié)點1沿向節(jié)點2的鏈路傳輸?shù)姆纸M將沿閉合軌跡1,2,7,8,6,15,16,8,1轉(zhuǎn)發(fā)。在幀的第三時隙中從源節(jié)點1沿向節(jié)點13的鏈路傳輸?shù)姆纸M將沿閉合軌跡1,13,14,5,6,4,3,5,1轉(zhuǎn)發(fā)。在幀的第四時隙中從源節(jié)點1沿向節(jié)點2的鏈路傳輸?shù)姆纸M將沿閉合軌跡1,13,16,12,10,15,16,8,1轉(zhuǎn)發(fā)。在幀的第四時隙中從源節(jié)點1沿向節(jié)點13的鏈路傳輸?shù)姆纸M將沿閉合軌跡1,2,3,9,10,4,3,5,1轉(zhuǎn)發(fā)。參考文獻[1]Steenstrup,M.(ed.):RoutinginCommunicationsNetworks,PrenticeHall,1995[2]Partridge,C.:GigabitNetworking,Addison-Wesley,1994[3]Baransel,C.,Dobosiewicz,W.andGburzynski,P.:′RoutinginMultihopPackatSwitchingNetworks-Gb/sChallenge′,IEEENetwork,May/June1995,pp.38-61[5]Maxemchuk,N.F.:′RoutingintheManhattanStreetNetwork′,IEEETransactionsonCommunications,35,pp.503-512(1987)[6]PCT/GB96/01823；Cotter,D.andTatham,M.C.:′DeadReckoning-APrimitiveandEfficientSelf-RoutingProtocolforUltrafastMeshNetworks′,papersubmittedforpublication[7]Borgonovo,F.:′DeflectionRouting′,Chapter9in[1][8]Harary,F.:GraphTheory,Addison-Wesley,Reading,Mass.,1969[9]HararyF.,Norman,R.Z.andCartwright,D:StructuralModels:AnIntroductiontotheTheoryofDirectedGraphs,JohnWiley,NewYork,1965,p.330[10]ibid.,p.11[11]Cotter,D.,Lucek,J.K.,Shabeer,M.,Smith,K.,Rogers,D.C.,Nesset,D.andGunning,P.:′Self-Routingof100Gbit/sPacketsUsing6-Bit′Kkeyword′AddressRecognition′,ElectronicsLetters,31,pp.2201-2202(1995)[12]PRPrucnaletal(IEEEJQuantumElectronics,vol29,no2,pp.600-612,1993)權(quán)利要求1.一種在包括多個節(jié)點與鏈路的通信網(wǎng)中選擇一分組的路由的方法，其中這些節(jié)點與鏈路是配置成多條定向軌跡，各定向軌跡只鏈接該多個節(jié)點中的一些而這些定向軌跡在一起跨越該網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點，該方法包括a)根據(jù)一分組的目的地從多條定向軌跡中選擇一條定向軌跡T，選擇的軌跡包含該分組的源節(jié)點及目的地節(jié)點；以及b)在源節(jié)點上將該分組輸出到多條定向軌跡中選擇的一條上。2.按照權(quán)利要求1的方法，包括在該分組所經(jīng)過的各節(jié)上讀取該分組中所攜帶的目的地地址。3.按照權(quán)利要求2的方法，其中各中間節(jié)點在預(yù)定的并與一分組所攜帶的任何信息無關(guān)的方向上轉(zhuǎn)發(fā)在該中間節(jié)點上接收并尋址到另一個節(jié)點的該分組。4.按照前面的權(quán)利要求中任何一項的方法，其中該分組是光子網(wǎng)上攜帶的一光分組。5.按照前面的權(quán)利要求中任何一項的方法，其中該網(wǎng)絡(luò)中的各定向軌跡為至少一條閉合定向軌跡的子圖并包含來自該網(wǎng)絡(luò)的鏈路不相交定向環(huán)分解的一個定向環(huán)或多個連接的定向環(huán)的并集。6.按照前面的權(quán)利要求中任何一項的方法，其中選擇定向軌跡T的步驟包括將該分組的初始發(fā)送與在中間節(jié)點上的預(yù)排定的轉(zhuǎn)接相同步。7.按照前面的權(quán)利要求中任何一項的方法，其中轉(zhuǎn)接出現(xiàn)在來自網(wǎng)絡(luò)的鏈路不相交定向環(huán)分解的環(huán)之間的連接點上。8.按照前面的權(quán)利要求中任何一項的方法，其中這些節(jié)點在預(yù)排定的預(yù)定轉(zhuǎn)接狀態(tài)之間在整個網(wǎng)絡(luò)中同步轉(zhuǎn)接。9.按照權(quán)利要求8中的方法，其中用于中間節(jié)點的預(yù)排定的轉(zhuǎn)接的定時序列包括分成多個時隙的一幀，及一源節(jié)點在一定時幀內(nèi)的多個時隙中選擇的一個中輸出一分組到網(wǎng)絡(luò)上，并且一軌跡中相繼的節(jié)點之間的鏈路長度使得在第一時隙中離開一個節(jié)點的一分組在第二時隙中到達下一個相繼的節(jié)點。10.按照權(quán)利要求9的方法，其中的鏈路長度使得該分組在相繼的節(jié)點之間行進時前進或滯后一個時隙。11.一種通信網(wǎng)絡(luò)，包括a)配置成多條定向軌跡的多個節(jié)點與鏈路，各定向軌跡只跨越該多個節(jié)點中的一些，而多條定向軌跡在一起跨越網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點，以及包括至少一條定向軌跡鏈接網(wǎng)絡(luò)中的各源節(jié)點與各目的地節(jié)點；b)用于根據(jù)一分組的目的地從多條定向軌跡中選擇一條定向軌跡T的裝置，所選擇的軌跡包含該分組的源節(jié)點與目的地節(jié)點；以及c)用于在源節(jié)點上將該分組輸出到多條定向軌跡中選擇的一條上的裝置。12.一種通信網(wǎng)絡(luò)，包括a)配置成多條定向軌跡的多個節(jié)點與鏈路，各定向軌跡只跨越該多個節(jié)點中的一些而多條定向軌跡組合在一起跨越網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點并包含至少一條定向軌跡鏈接網(wǎng)絡(luò)中的各源節(jié)點與各目的地節(jié)點；b)配置成根據(jù)一分組的目的地從多條定向軌跡中選擇一條定向軌跡T的路由選擇控制器，該定向軌跡包含該分組的源節(jié)點與目的地節(jié)點；c)用于接收要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)姆纸M的輸入端；以及d)連接在用于接收分組的所述輸入端上及連接在路由選擇控制器上并配置成將在所述輸入端上接收的分組輸出到所述多條定向軌跡中選擇的一條上的輸出端。13.按照權(quán)利要求11或12的網(wǎng)絡(luò)，其中一定向軌跡中的各節(jié)點配置成在預(yù)定的且與分組所攜帶的任何信息無關(guān)的方向上輸出在該節(jié)點上接收的從網(wǎng)絡(luò)輸入并尋址到另一節(jié)點的一分組。14.按照權(quán)利要求11至13中任何一項的網(wǎng)絡(luò)，其中該網(wǎng)絡(luò)為配置成攜帶光分組的光子網(wǎng)絡(luò)。15.按照權(quán)利要求11至14中任何一項的網(wǎng)絡(luò)，其中該網(wǎng)絡(luò)中的各定向軌跡為至少一條閉合定向軌跡的子圖并包含來自該網(wǎng)絡(luò)的一鏈路不相交定向環(huán)分解的一個定向環(huán)或多個連接的定向環(huán)的并集。16.按照權(quán)利要求11至15中任何一項網(wǎng)絡(luò)，其中一始發(fā)節(jié)點配置成將一分組的初始發(fā)送與在一中間節(jié)點上的預(yù)排定的轉(zhuǎn)接同步。17.按照權(quán)利要求11至16中任何一項網(wǎng)絡(luò)，其中的轉(zhuǎn)接出現(xiàn)在來自網(wǎng)絡(luò)的一鏈路不相交定向環(huán)分解的環(huán)之間的連接點上。18.按照權(quán)利要求11至17中任何一項網(wǎng)絡(luò)，其中這些節(jié)點配置成在預(yù)排定的預(yù)定轉(zhuǎn)接狀態(tài)之間在整個網(wǎng)絡(luò)中同步轉(zhuǎn)接。19.按照權(quán)利要求18的網(wǎng)絡(luò)，其中用于中間節(jié)點的預(yù)排定的轉(zhuǎn)接的一定時序列包括分成多個時隙的一幀及一源節(jié)點配置成在一定時幀內(nèi)的多個時隙中選擇的一個中輸出一分組到網(wǎng)絡(luò)上，以及一軌跡中的相繼的節(jié)點之間的定向鏈路的長度使得在第一時隙中離開一個節(jié)點的一分組在第二時隙中到達下一個相繼的節(jié)點。20.一種光通信網(wǎng)，包括a)用于根據(jù)一分組通過網(wǎng)絡(luò)所要求的路徑為該分組選擇一時隙的裝置；b)用于在選擇裝置所選擇的時隙中在源節(jié)點上輸出該分組到網(wǎng)絡(luò)上的裝置；c)用于以固定的周期性重復(fù)地轉(zhuǎn)換多個路由選擇節(jié)點的路由選擇狀態(tài)的裝置；d)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，用于按照該分組到達該節(jié)點的時隙中的各自的節(jié)點的路由選擇狀態(tài)將該分組轉(zhuǎn)接到不同的輸出端上的裝置；以及e)用于在目的地節(jié)點上接收該分組的裝置。21.一種通信網(wǎng)絡(luò)，包括a)配置成多條定向軌跡的多個節(jié)點與鏈路，這些定向軌跡在一起跨越網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點，及它們包含至少一條定向軌跡鏈接網(wǎng)絡(luò)中的各源節(jié)點與各目的地節(jié)點；b)用于根據(jù)一分組的目的地從多條定向軌跡中選擇一條定向軌跡T的裝置，所選擇的軌跡包含該分組的源節(jié)點與目的地節(jié)點；以及c)用于在源節(jié)點上輸出該分組到多條定向軌跡中選擇的一條上的裝置。22.一種在光通信網(wǎng)中將一光分組的路由從源節(jié)點選擇到目的地節(jié)點上的方法，包括a)根據(jù)一分組通過網(wǎng)絡(luò)所要求的路徑為該分組選擇一個時隙；b)在步驟(a)中所選擇的時隙中在源點上輸出該分組到網(wǎng)絡(luò)上；c)以固定周期性重復(fù)轉(zhuǎn)換多個路由選擇節(jié)點的路由選擇狀態(tài)；d)隨著分組通過網(wǎng)絡(luò)，在不同的節(jié)點上按照該分組到達該節(jié)點的時隙中的各自的節(jié)點的路由選擇狀態(tài)，將該分組轉(zhuǎn)接到不同的輸出端上；以及e)在目的地節(jié)點上接收該分組。23.包括用按照權(quán)利要求11至21中任何一項的網(wǎng)絡(luò)互連的多個處理器的計算機系統(tǒng)。24.包括按照權(quán)利要求11至21中任何一項的網(wǎng)絡(luò)的用于互連多個計算機系統(tǒng)的局域網(wǎng)。25.一種供在通信網(wǎng)絡(luò)中使用的開關(guān)，該開關(guān)包括由按照權(quán)利要求11至21中任何一項的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的內(nèi)部互連。26.一種在包括多個節(jié)點與鏈路的通信網(wǎng)絡(luò)中選擇一分組的路由的方法，其中這些節(jié)點與鏈路配置成多條定向軌跡，這些軌跡在一起跨越網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點，該方法包括a)根據(jù)一分組的目的地從多條定向軌跡中選擇一條定向軌跡T，所選擇的軌跡包含該分組的源節(jié)點與目的地節(jié)點；以及b)在源節(jié)點上輸出該分組到多條定向軌跡中選擇的一條上。27.按照權(quán)利要求1至10中任何一項或按照權(quán)利要求26的方法，包括同時在多條軌跡上輸出一分組的拷貝，借此將該分組廣播給多個節(jié)點。全文摘要從若干節(jié)點與鏈路構(gòu)成適用于諸如鏈接計算機處理器的通信網(wǎng)絡(luò)。這些節(jié)點與鏈路是配置成多條定向軌跡的。各定向軌跡只跨越一些節(jié)點,但這些定向軌跡在一起跨越網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點。通過選擇鏈接源節(jié)點與目的地節(jié)點的一條適當定向軌跡及在源節(jié)點上輸出分組到選擇的軌跡上,將分組的路由選擇通過網(wǎng)絡(luò)?？稍陬A(yù)定的與預(yù)排定的轉(zhuǎn)接狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換整個網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點,并可通過適當?shù)剡x擇在其中將分組放到網(wǎng)絡(luò)上的時隙來選擇給定的軌跡。該網(wǎng)絡(luò)可以是攜帶光分組的光子網(wǎng)。文檔編號H04Q11/04GK1235722SQ9719920公開日1999年11月17日申請日期1997年8月12日優(yōu)先權(quán)日1996年8月28日發(fā)明者戴維·科特爾申請人:英國電訊有限公司