Problemas de enrutamiento en conmutadores ATM de grandes dimensiones

Abstract

La tesis está referida al problema general de diseño de un conmutador ATM NxN (N>1000) de gran capacidad, gran ancho de banda y alta eficiencia. A pesar de los avances en el diseño de arquitecturas de conmutación, los conmutadores de dimensiones prácticos están limitados tecnológica y físicamente en cuanto al empaquetado del sistema. El presente trabajo se refiere a la escalabilidad del conmutador, es decir, se exponen las formas de construir un conmutador de gran dimensión, sin sacrificar el throughput, la eficiencia y el retardo. Se exponen tres arquitecturas, de las cuales el Knockout Generalizado y el PINIUM están basadas en los siguientes principios: 1) El principio del Knockout aprovecha el comportamiento estadístico de los paquetes o celdas que llegan a la entrada y por tanto se reduce la complejidad de la interconexión, 2) los buffers de cola de espera ubicado en la salida tienen un mejor comportamiento en lo que respecta retardo, throughput y eficiencia, y la inteligencia distribuida en el enrutamiento de los paquetes o celdas a través del sistema interconectado elimina los conflictos internos de encaminamiento. 3) Bloques básicos de implementación facilitan su escalabilidad. Además, la arquitectura del Knockout Generalizado presenta otras características tales como garantizar la secuencia FIFO de los paquetes o celdas, capacidad intrínseca de uso broadcast y multicast y, es compatible con paquetes de longitud variable, evitando así su estandarización. La arquitectura PINIUM propone la configuración tridimensional donde no existen interconexiones cruzadas entre los módulos, físicamente puede ser construido como si fuera una matriz tridimensional de procesadores paralelos. Esta arquitectura consiste de una sección de distribución y otra de concentración. Todos los planos de conmutación dentro de cada sección están totalmente particionados tal que entre ellos no existe interferencia alguna y cada plano de conmutación está subdividido en pequeños módulos. Esta arquitectura, emplea en la etapa de concentración el Knockout Generalizado para aprovechar el comportamiento estadístico de las celdas entrantes y la reducción en hardware. En el caso del tráfico Bursty, puede distribuir más de una celda hacia un puerto de salida en cada time slot. En la arquitectura de conmutación rápida escalable propuesta en la fábrica tiene una estructura duplicada bilateral y permite un crecimiento modular en su tamaño desde muy pocos puertos hasta gran cantidad de puertos. La fábrica es expandida conectando fábricas básicas adicionales a la estructura ya existente a través de algunos módulos de interconexión. La arquitectura también hace posible ajustar el throughput del sistema. Finalmente, se hace un breve análisis de la probabilidad de pérdida de celdas en el desempeño de la arquitectura del Knockout Generalizado. Para ello se consideran dos fuentes de pérdidas de celdas: por Knockout y por Sclieduling.