Brevet FR2458970A1 — publié le 19810102

L'invention concerne un réseau de commutation à structure répartie pour centre de télécommunications, capable de traiter n'importe quel type de données numériques ou mises sous forme numérique. Elle s'applique, notamment, aux centraux téléphoniques. Ce réseau de commutation comporte un opérateur de commutation ou com- mutateur à chaque noeud et des liaisons constituées par des voies de trans- mission de données numériques, qui relient chacune deux opérateurs et qui comportent les deux sens de communication. Le réseau conforme à l'invention est utilisé dans un centre de télé- communications, c'est-à-dire que les différents ensembles de commutation ou opérateurs sont réunis dans un même lieu. Généralement, les réseaux utilisés dans les centres de télécomr- munications ont une structure hiérarchisée ou centralisée. Cette hiérarchie établit différents niveaux entre les opérateurs d'un réseau et entraîne donc l'existence de différents types d'opérateurs. D'autre part, le nombre de chemins indépendants entre deux opérateurs étant assez restreint, la défaillance d'un opérateur peut entraîner des perturbations pour tous les opérateurs qui en dépendent et on est obligé de prévoir des systèmes de sécurité pour limiter les perturbations dans le trafic. Ces deux caractéristiques des réseaux hiérarchisés compliquent leur maintenance. Enfin, l'extension de tels réseaux nécessite d'importants travaux d'adaptation tant au point de vue câblage qu'au point de vue logiciel. Un réseau, conforme à l'invention, à structure répartie dont les opérateurs sont reliés entre eux selon une règle préétablie permet de remédier à ces inconvénients. Dans le réseau à structure répartie, objet de l'invention, les opérateurs sont identiques, ont tous le même niveau hiérarchique et comportent chacun une interface vers l'intérieur du réseau, un microcalculateur et une interface vers l'extérieur du réseau, ce qui simplifie largement la maintenance et améliore la sécurité car la défail- lance d'un opérateur n'affecte que les jonctions avec l'extérieur qui le concernent directement. La transmission en mode paquets convient particulièrement au réseau de commutation, décrit par l'invention, car elle donne une très grande souplesse en ce qui concerne les données commutées. En effet, le réseau autorise la commutation de paquets de longueur variable, ce qui permet de commuter des données dans une très large bande de fréquences. Il peut donc traiter des informations de n'importe quel type: téléphonie, vidéo, télex, données informatiques, etc Pour traiter des informations de n'importe quel type, il faut res- 2 -2458970 pecter les contraintes du mode de transmission le plus exigeant qui est la téléphonie pour laquelle le temps de transfert des informations dans le central doit être de l'ordre de la milliseconde. Pour respecter cette contrainte de temps, le réseau conforme à l'in- !. 5 vention minimise la "distance" parcourue par les informations dans le central, la "distance" étant le nombre d'opérateurs traversés plus un. D'autre part, le réseau conforme à l'invention, interconnecte les opérateurs de façon à assurer une accessibilité totale et une excellente sécurité, c'est-à-dire qu'il existe le plus grand nombre possible de chemins indépendants entre deux opérateurs quelconques du réseau. Enfin, un réseau incomplet conforme à l'invention a les mêmes pro- priétés que le réseau complet, l'extension ne nécessite aucun recâblage et le pas d'extension est suffisamment petit pour minimiser le coGt du réseau en fonction du trafic. Selon une caractéristique de l'invention, le réseau de commutation, désigné par R(p,n) p et n étant des entiers naturels, p étant pair et repré- sentant le nombre de noeuds auxquels chaque noeud du réseau est relié direc- tement par p liaisons, comporte N noeuds répartis en n+l étages comprenant chacun (2&)n noeuds; p/2 liaisons issues d'un noeud quelconque sont reliées 2 ième à p/2 noeuds de l'étage suivant, le premier étage succédant au (n+l)me, ième l i d ième ième et la j liaison issue du i noeud du m étage est reliée au ú * D(Zn]ième iàme [+ (i-)) modulo (.nie noeud du (m+l)ime étage avec 2 2 I j ' (&2)n, 1 m n ?. et m+l étant posé égal à I dans le cas o m est égal à n+l. ! 25 Selon une autre caractéristique de l'invention, le réseau estacons- truit à partir d'un module initial de (&2)n+i noeuds réunis en boucle et il est étendu par adjonction de modules analogues au module initial qui se branchent en au moins p/2 noeuds du réseau déjà existant. ment à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, cette description étant faite en relation avec les figures ci-annexées dans lesquelles: la figure 1 représente un exemple de réseau complet selon l'invention, pour lequel n est égal à 3 et p à 4; 35. la figure 2 montre quatre chemins indépendants entre le premier opé- rateur du premier étage et le huitième opérateur du troisième étage dans le réseau représenté à la figure I; les figures 3a à 3h montrent la procédure d'extension du réseau R(3,4) depuis le module initial (fig. 3a) jusqu'au réseau complet (fig. 3h). La figure t représente un réseau R(p,n) conforme à l'invention pour lequel n est égal à 3 et p à 4. Ce réseau comporte quatre étages et huit noeuds par étage, il comprend donc trente-deux opérateurs. Le premier étage faisant suite au quatrième au point de vue conne- xion, on l'a représenté une seconde fois en pointillé à la suite du qua- trième afin que la figure soit plus claire. Les noeuds du premier étage portent les références Il à 18, ceux du deuxième étage les références 21 à 28, ceux du troisième étage les références 31 à 38 et ceux du quatrième étage les références 41 à 48. Chaque noeud est relié par deux liaisons à deux noeuds de l'étage précédent et par deux autres liaisons à deux noeuds de l'étage suivant. Les connexions avec l'étage suivant sont établies de la façon suivante: la jième borne (j - 1,2) du iime noeud (i - 1 à 8) est reliée au [(j + 2 (i-l)) modulo 81ième noeud de l'étage suivant. Donc, la première borne (j-t) du premier noeud (i-t) de chaque étage est reliée au premier noeud de l'étage suivant et la deuxième borne (j-2) du premier noeud (i-t) de chaque étage est reliée au second noeud de l'étage suivant. Ainsi le noeud Il est relié aux noeuds 21 et 22. La première borne (j-1) du deuxième noeud (i-2) de chaque étage est reliée au troisième noeud de l'étage suivant et la deuxième borne (j-2) du deuxième noeud (i-2) de chaque étage est reliée au quatrième noeud de l'étage suivant. Ainsi le noeud 12 est relié aux noeuds 23 et 24. La première borne (j-t) du troisième noeud (i-3) de chaque étage est reliée au cinquième noeud de l'étage suivant et la seconde borne (j-2) du troisième noeud (i-3) de chaque étage est reliée au sixième noeud de l'étage suivant. Ainsi le noeud 13 est relié aux noeuds 25 et 26. La première borne (j-t) du quatrième noeud (i-4) de chaque étage est reliée au septième noeud de l'étage suivant et la seconde borne (j-2) du quatrième noeud (i-4) de chaque étage est reliée au huitième noeud de l'étage suivant. Ainsi le noeud 14 est relié aux noeuds 27 et 28. La première borne (jut) du cinquième noeud (i-5) de chaque étage est reliée au premier noeud de l'étage suivant et la seconde borne (j-2) du cinquième noeud (i-S) de chaque étage est reliée au deuxième noeud de l'étage suivant. Ainsi le noeud 15 est relié aux noeuds 21 et 22. La première borne (j-t) du sixième noeud (i-6) de chaque étage est reliée au troisième noeud de l'étage suivant et la seconde borne (j-2) du sixième noeud (i-6) de chaque étage est reliée au quatrième noeud de l'étage suivant. Ainsi le noeud 16 est relié aux noeuds 23 et 24. La première borne (j-t) du septième noeud (i-7) de chaque étage est reliée au cinquième noeud de l'étage suivant et la seconde borne (j-2) du septième noeud (i-7) de chaque étage est relié au sixième noeud de l'étage suivant. Ainsi, le noeud 17 est relié aux noeuds 25 et 26. La première borne (j-1) du huitième noeud (i-8) et dernier noeud de chaque étage est reliée au septième noeud de l'étage suivant et la seconde borne (j-2) du huitième (i-8) et dernier noeud de chaque étage est reliée au huitième noeud de l'étage suivant. Ainsi, le noeud 18 est relié aux noeuds 27 et 28. Un exemple R(4,3) de réseau R(p,n) conforme à l'invention étant décrit, on expose les propriétés de ces réseaux. Tout d'abord, tous les noeuds d'un même étage jouent un rôle identique et tous les étages jouent un rôle identique, par conséquent, tout noeud joue un rôle identique à tous les autres noeuds. Cette propriété des réseaux R(p,n) implique, entre autres, que pour calculer les distances (égales au nombre d'opérateurs traversés plus un) maximale TM et moyenne Tm entre deux opérateurs quelconques du réseau, il suffit d'évaluer les distances d'un noeud déterminé à tous les autres noeuds; ce qui demande N-I évaluations, si N est le nombre total d'opé- rateurs qui est égal à (n+1) ( quelconque, ce calcul nécessite CE évaluations. Dans un réseau, conforme à l'invention, on a une distance maximale TM égale à 3, si n est égal à 2, et égale à 2n - E (2 + 1) si n est supérieur à 2, E (=, + 1) étant la partie entière de i + 1. On donne dans le tableau I suivant les distances maximales TM et des majorants des distances moyennes Tm pour des exemples de réseaux R(p,n) conformes à l'invention. TABLEAU I n p 1 12 32 80 192 448 1024 2304 5120 N 4 3 4 5 7 8 10 11 13 TM TM 1183 2t6 3,45 5,23 7 8,25 9144 10;7 Major.de T 27 108 405 1 458 5 103 17 496 59 049 196830 N 6 3 4 5 7 8 10 l 13 T TM 2 3,06 4,18 7 8,25 9,44 10;7 ajor.de T 48 256 I 280 6 144 28 672 131 072 89 824 2,6.10 N 8 3 4 5 7 8 10 Il 13 TM 2,08 3,25 4,28 7,;25 9144 107 4ajor.de T 500 3 125 N 3 4 5 T TM ajor.de T m 108 864 6 480 N 12 3 4 5 T TM ajor.de T 192 2 048 20 480 N 16 3 4 5 TM Major.de T m! 6 2458970 Dans les réseaux de commutation, il est important de minimiser la distance maximale TM, car la durée maximale de traversée du réseau en dépend. Dans le cas d'une transmission par paquets autodirigés, la longueur des en-têtes, qui indiquent les différents opérateurs à traverser, dépend également de cette distance maximale TM. La distance moyenne Tm doit également être minimisée car la capacité globale de commutation des opérateurs en est directement fonction. En effet, si le débit injecté au réseau est égal à A Meb/s, le débit total écoulé dans l'ensemble des mailles du réseau est A.Tm. Dans les réseaux R(p,n) conformes à l'invention les distances Tm et TM sont proches du minimum théorique. Pour tout graphe régulier de N noeuds dans lequel chaque noeud est relié directement à p noeuds, le mini- >mum théorique de TM vérifie la formule suivante T>_ p - 2 Le fait que tout noeud joue un rôle identique à tous les autres noeuds implique également une simplification des algorithmes de recherche de chemin et de diffusion ainsi qu'un câblage d'une grande régularité voire même d'une simple répétitivité. Une autre propriété de ces réseaux R(p,n) est d'offrir la plus grande sécurité possible. En effet, pour tout couple d'opérateurs, il est toujours possible de trouver p chemins indépendants pour- ce qui est des liaisons et des noeuds empruntés, c'est-à-dire que chaque liaison et chaque noeud sont utilisés au plus une fois. A la figure 2, on a représenté dans le réseau R(4,3) quatre chemins indépendants entre le noeud Il et le noeud 38. Ces quatre chemins sont les suivants 11-21-15-47-38 11-22-34-48-38 11-41-12-24-38 11-45-37-28-38 D'autre part, en cas de défaillance d'un opérateur entraînant sa mise hors service, la distance maximale TM entre tout couple d'opérateurs restant en service n'augmente que d'une unité pour les réseaux o n est impair et de deux unités pour les réseaux o n est pair. Enfin, la mise hors service d'un opérateur a une influence très faible sur la distance moyenne Tm et par conséquent sur le débit total écoulé. Une autre propriété du réseau R(p,n) réside dans les procédures 7 2458970 d'extension; l'une d'elle, particulièrement intéressante, est décrite dans ce qui suit. Tout réseau R(p,n) peut être construit à partir d'un module initial de (&) n+l noeuds réunis en boucle. Pour le réseau R(4,3) on a représenté, à la figure 3a, un module initial 1 de sept noeuds réunis en boucle, en utilisant les liaisons représentées à la figure 1, ce qui constitue la boucle suivante: 11-21-31-41-11-45-33-22-11 Ensuite, le réseau est étendu par adjonctions successives de boucles analogues qui viennent se brancher en au moins p/2 noeuds sur le réseau en cours de construction. Pour le réseau R(4,3) on a représenté à la figure 3b une première extension. Un second module 2 de sept noeuds se branche sur les noeuds 41 et 45 du module I initial et constitue la boucle suivante 12-23-35-41-12-45-37-24-12 La figure 3c représente une deuxième extension. Un troisième module 3 de sept noeuds se branche sur les noeuds 31 et 33 et constitue la boucle suivante: 13-25-31-42-13-46-32-26-13 La figure 3d représente une troisième extension. Un quatrième module 4 de sept noeuds se branche sur les noeuds 35, 37, 42 et 46 et constitue la boucle suivante: 14-27-35-42-14-46-37-28-14 La figure 3e représente une quatrième extension. Un cinquième module 5 de sept noeuds se branche sur les noeuds 21 et 22 et constitue la boucle suivante: -21-32-43-15-47-34-22-15 La figure 3f représente une cinquième extension. Un sixième module 6 de sept noeuds se branche sur les noeuds 23, 24, 43 et 47 et constitue la boucle suivante: 16-23-36-43-16-47-38-24-16 La figure 3g représente une sixième extension. Un septième module 7 de sept noeuds se branche sur les noeuds 25, 26, 32 et 34 et constitue la boucle suivante: 17-25-32-44-17-48-34-26-17 La figure 3h représente une septième extension qui est la dernière et qui permet d'obtenir un réseau R(3,4) complet tel que représenté à la figure 1. Un huitième module 8 de sept noeuds se branche sur les noeuds 27, 28, 36, 38, 44 et 48 et constitue la boucle suivante 18-27-36-44-18-48-38-28-18. 8 2458970 Ce procédé d'extension présente de nombreux avantages. Un premier avantage consiste en ce que à toute phase d'extension, la distance maxi- male TM est égale à celle du réseau complet ce qui permet de penser que le trafic admissible sur un réseau incomplet est proportionnel au nombre de modules installés. Un deuxième avantage réside dans les facilités de câblage, en effet à chaque extension interviennent de nouveaux câblages mais aucun recà- blage n'est nécessaire, c'est-à-dire qu'une connexion établie n'est plus modifiée. Un troisième avantage de cette procédure d'extension est d'offrir la meilleure sécurité possible, c'est-à-dire qu'à chaque extensiontout couple d'opérateurs peut être réuni par un nombre de chemins indépendants (pour ce qui est des liaisons empruntées) égal au minimum des connexions des deux opérateurs considérés. Enfin, un quatrième avantage est d'avoir un pas maximal d'extension raisonnablement petit par rapport au nombre total d'opérateurs et un grand nombre(("y)n-1) d'extensions possibles. Par exemple, dans le cas du réseau R(8,4) comportant 1280 opérateurs (voir tableau I) le pas d'ex- tension maximal est égal à 17 opérateurs, c'est-à-dire 1,3Z du nombre d'opérateurs du réseau complet et il y a 255 extensions du module initial au réseau complet. En conclusion, le réseau R(p,n) conforme à l'invention, présente de nombreux avantages aussi bien au point de vue acheminement qu'au point de vue extension et maintenance. 9 2458970 REVENDICATIONS 1. Réseau de commutation à structure répartie pour centre de télécom- munications, comportant N noeuds caractérisé en ce que chaque noeud est relié directement par p liaisons à p autres noeuds du réseau, p étant un entier pair, en ce que les N noeuds du réseau sont répartis en n+1 étages comprenant chacun (p)n noeuds, en ce que p/2 liaisons issues d'un noeud quelconque sont reliées à p/2 noeuds de l'étage suivant, le premier étage iàme.i-me ième succédant au (n+l) me, et en ce que la j liaison issue du iie noeud du mieme étage est reliée au [(j + 2 (i-1)) modulo (2)n]ime noeud du ieme 2- (m+1)ime étage avec: 1 yS, 1 (i(n, m et m+1 étant posé égal à 1 dans le cas o m est égal à n+!. 2. Réseau de commutation à structure répartie pour centre de télécom- munications selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est construit à partir d'un module initial de (2.n)+1 noeuds réunis en boucle par des liaisons définies dans la revendication 1. 3. Réseau de commutation à structure répartie pour centre de télécom- munications, construit à partir d'un module initial selon les revendica- tions 1 et 2, étendu par adjonction de modules d'extension, caractérisé en ce qu'un module d'extension comporte ( liaisons définies dans la revendication 1. 4. Réseau de commutation à structure répartie pour centre de télécom- munications selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les opé- rateurs sont identiques et comportent chacun une interface vers l'extérieur du réseau.- 5. Réseau de commutation à structure répartie pour centre de télécom- munications selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liaisons entre opérateurs sont des voies de transmission numériques bidirectionnelles.