Klasyfikacja Pól Komutacyjnych

Wprowadzenie do Klasyfikacji

Pole komutacyjne to wewnętrzna sieć sprzętowa w węźle komutacyjnym, która fizycznie łączy porty wejściowe z portami wyjściowymi. Jego projekt wpływa na przepustowość, opóźnienia, koszt i możliwości węzła. Pola komutacyjne klasyfikuje się według kilku kryteriów, które mogą się uzupełniać. Jeden przełącznik może łączyć cechy wszystkich opisanych kategorii.

Klasyfikacja ze względu na Technologię

Ta klasyfikacja opisuje rozwiązania stosowane w kolejnych generacjach urządzeń komutacyjnych.

• Elektromechaniczne: Wczesna forma komutacji wykorzystująca ruchome części, takie jak wybieraki podnosząco-obrotowe i przełączniki krosowe. Urządzenia te działały wolno, były głośne i wymagały częstej konserwacji.
• Elektroniczne: Oparte na elementach półprzewodnikowych, takich jak tranzystory i bramki logiczne. Zwiększyły szybkość i niezawodność oraz zmniejszyły rozmiary urządzeń, tworząc podstawę współczesnej komutacji cyfrowej.
• Optyczne: Przełączają sygnały w domenie optycznej, więc tor danych może pomijać konwersję optyczno-elektryczną w każdym elemencie. Technologie takie jak MEMS (mikrolustra) fizycznie kierują wiązkami światła. Mogą być przezroczyste dla formatu i szybkości danych, lecz ich przepustowość oraz czas przełączenia wynikają z konstrukcji urządzenia.

Klasyfikacja ze względu na Porty I/O i Kierunkowość

Ta kategoria opisuje fizyczny układ oraz przepływ informacji przez pole komutacyjne.

Konfiguracja Portów

• Pole dwustronne: Posiada odrębne zbiory portów wejściowych i wyjściowych. Połączenie jest zestawiane od wejścia do wyjścia.
• Pole jednostronne: Posiada jeden zbiór portów. Każdy port pełni funkcję wejścia albo wyjścia zależnie od zestawianego połączenia.

Liczba Portów I/O ($N_1$ wejść, $N_2$ wyjść)

• Koncentrator: Więcej wejść niż wyjść $(N_1 > N_2)$. Agreguje ruch z wielu wolniejszych łączy do mniejszej liczby szybszych łączy.
• Ekspander: Więcej wyjść niż wejść $(N_2 > N_1)$. Rozdziela ruch z mniejszej liczby wejść do większej liczby wyjść.
• Dystrybutor: Równa liczba wejść i wyjść $(N_1 = N_2)$. Tę konfigurację stosuje się do kierowania ruchu między równorzędnymi urządzeniami.

Kierunek Przepływu Informacji

• Jednokierunkowe: Przepływ sygnału odbywa się wyłącznie od wejść do wyjść.
• Dwukierunkowe: Przepływ sygnału może odbywać się w obu kierunkach. Konstrukcja może wykorzystywać dwie przeciwne ścieżki jednokierunkowe, nazywane często konfiguracją „czteroprzewodową”, aby utworzyć łącze pełnodupleksowe.

Klasyfikacja wg Właściwości Kombinatorycznych (Blokowalność)

Ta klasyfikacja określa, czy nowe połączenie można zestawić w każdym dopuszczalnym stanie pola. Stan blokady występuje, gdy wolnego portu wejściowego nie można połączyć z wolnym portem wyjściowym, ponieważ wszystkie dostępne ścieżki wewnętrzne zajmują istniejące połączenia.

• Pola Blokowalne: W tych polach stan blokady może wystąpić przy określonych wzorcach ruchu. Są prostsze i tańsze, lecz przy braku wolnej ścieżki wewnętrznej nowe żądanie połączenia może zostać odrzucone.
• Pola Nieblokowalne: Pola zaprojektowane w taki sposób, aby unikać stanów blokady. Wyróżnia się wśród nich:
  • Nieblokowalne w Wąskim Sensie (SNB): Dla dowolnego wolnego wejścia i wyjścia można znaleźć ścieżkę bez zmiany tras istniejących połączeń.
  • Nieblokowalne w Szerokim Sensie (WSNB): Nowe połączenie jest możliwe, gdy wcześniejsze połączenia zestawiono za pomocą określonej reguły wyboru tras. Reguła zapobiega konfliktom wewnętrznym bez zmiany istniejących ścieżek.
  • Przestrajalne (RNB): Jeśli nowe połączenie jest zablokowane, można je zrealizować po zmianie ścieżek jednego lub większej liczby istniejących połączeń. Wymaga to pracy układu sterującego i może zakłócić aktywny ruch, dlatego jest mniej pożądane w usługach czasu rzeczywistego.

Klasyfikacja ze względu na Separację Dróg Transmisyjnych

Opisuje to, w jaki sposób różne ścieżki komunikacyjne są rozdzielane podczas przechodzenia przez pole komutacyjne. Kryterium jest związane z technikami multipleksacji.

• Rozdział przestrzenny: Każde połączenie korzysta z oddzielnej ścieżki przez pole komutacyjne, na przykład z określonego zestawu punktów komutacyjnych. Rozwiązanie to stosuje się w przełącznikach elektronicznych i optycznych.
• Rozdział czasowy: Wiele połączeń współdzieli te same ścieżki fizyczne w różnych szczelinach czasowych. Jest to podstawa komutacji TDM.
• Rozdział falowy: W systemach optycznych połączenia rozdziela się przez przypisanie im różnych długości fali światła. Sygnały mogą wtedy przechodzić przez wspólne elementy optyczne.
• Rozdział kodowy: Połączenia korzystają z tego samego czasu i pasma częstotliwości, a odbiorniki rozdzielają je za pomocą przypisanych kodów, często ortogonalnych, podobnie jak w CDMA.