CN1183719C - 可按比例伸缩的多级互连网络结构和在运行中升级的方法 - Google Patents

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Abstract

可按比例伸缩的交换组织结构，包括：具有N个输入和N个输出的输入交换级，可将N个输入中被选输入连接到N个输出中被选输出；具有M个输入和M个输出的输出交换级，可将M个输入中被选输入连接到M个输出中被选输出；具有多个W位输入通道和一个W位输出通道的复用器级，输出通道被耦合到输出交换级的M个输入；和可替换的核心交换级，具有耦合到输入交换级的N个输出的N个输入和耦合到复用器级的第一个输入通道的M个输出。

Description

可按比例伸缩的多级互连网络结构 和在运行中升级的方法
技术领域
本发明主要涉及交换设备，特别地涉及一个可按比例伸缩的多级互连网络结构以及相应的在运行中升级的方法。
背景技术
信息系统已经从支持大量用户的集中化的主机计算机系统发展为基于局域网络(LAN)结构的分布式计算机系统。随着桌面PC和网络服务器的价格与处理能力之比率的迅猛下降，LAN系统被认为是具有高投资收效。因此，LAN的数量和基于LAN的应用飞速增长。
与LAN的增长的普遍性相应，为了使得更多的资源可被用户使用，随之而来的发展便是远程LAN、计算机和其它广域网络(WAN)的互连。当然，对于相对较短的距离，一个LAN的骨干可以在高的带宽速率上在用户间传送数据。
另一个与LAN的增长的普遍性相应的发展是需要较高数据传送速度的应用数量的增加。诸如电视会议的应用需要大量的带宽来传送数据，并且对交换延迟的容忍度相对小。更高速度，对交换延迟的容忍度更小的通信协议的需求带来了异步转送方式(ATM)电信标准的发展。ATM使用快速分组交换技术，对高性能提供了从50Mps到10Gbps的速率。
ATM使用小的固定大小的分组，称为“信元”。一个信元是一个53字节的分组，包括5字节的信头/描述信息以及48字节的语音、数据或视频流量的负载。信头信息包括了选路标志和/或组播(multi-cast)组标号，该标号用于在ATM网络路径中配置交换机，从而将信元发送到最终目的地。
许多用于在ATM网络中实现的分组交换结构被发展。其中的一种结构，如多级互连网络(MIN)包括了一种交换结构，它将从N个输入端口之一来的分组选路到N个输出端口中的适当的一个或适当的于集中。所述的多级互连网络包括了以多个级别组成的交换单元组。每个级别使用分组(或信元)头中的一位或多位来为输入分组选择输出路由。这种类型的选路被称为“自选路”。
当一个分组交换ATM网络中的数据流量增长时，随之需要升级交换机，从N1输入/输出端口升级到N2输入输出端口，这里N2＞N1。在先前技术的系统中，包含了一些不同的选择，每一种都有不同的缺陷。一种“升级”方法就是实际上在开始时就置入一个超规模的结构。只有用于N1输入和N1输出的结构中的部分是使用的。超出的交换结构直到系统被升级到包含N2输入和N2输出时才被使用。这种升级的方法导致对于当前的工作来讲，会导致不必要的花费和超大的交换机。
另一种方法，交换机升级将通过关闭交换机、将旧的结构换下、并安装一个新的更大的结构来实现。这种方法不能被使用在业务不能被中断的情况下，例如该分组交换机正被互连网业务提供者使用时。
第三中升级的方法包含了冗余组织结构的使用。该结构实际上有两个冗余的结构：一个主用结构和一个备用结构，两者之间是并联的。一个冗余交换机的升级是通过关闭备用结构中的电源、将旧的备用结构换下、并且安装一个新的更大的结构来完成。然后数据流量被切换到新的备用结构上。升级工作的继续，是通过关闭主用结构中的电源、将旧的主用结构换下、并安装一个新的，更大的主用结构来实现的。然后，数据流量会被切换回新的主用结构，或者继续由升级过的“先前”的备用结构来进行交换，那么该结构便看作是主用结构的角色。这种方法是代价昂贵的，因为主用和备用交换结构被浪费了。
因此，需要一种技术来改进分组交换机构造，使其能够升级到更高的容量而不中断业务。进一步地，还需要一种技术来改进分组交换机构造，使其在开始时只需要满足分组交换系统的初期流量需求的小量的交换结构。进一步地还需要一种改进了的交换机构造，它可以被逐步地升级，以处理更大的数据流量，而只有小量的因结构置换造成的浪费。
发明内容
阐述了上文讨论的低效的先前技术，本发明的主要目的是提供一个可按比例伸缩的交换组织结构，包括了：1)一个具有N个输入和N个输出的输入交换级，它可将N个输入中的被选输入连接到N个输出中的被选输出；2)一个具有M个输入和M个输出的输出交换级，它可将M个输入中的被选输入连接到M个输出中的被选输出；3)一个具有多个W位输入通道和一个W位输出通道的复用器级，其中输出通道是被耦合到输出交换级的M个输入；以及4)一个可撤换的核心交换级，它具有N个输入，适用于耦合到输入交换级的N个输出，它还具有M个输出，适用于耦合到复用器级的第一个输入通道。
在本发明的一个实施方案中，N和M是相等的，因此输入交换级、输出交换级和可撤换的核心交换级都是N×N的交换机。
在本发明的另一个实施方案中，复用器级的第二个输入通道被用来耦合到一个替代的核心交换级的输出级的R个输出中的M个上，而输入交换级的N个输出被用来耦合到一个替代的核心交换级的输入级的R个输入中的N个上，其中替代的核心交换级提供了与可撤换的核心交换级平行的通道。
在本发明的优选实施方案中，R大于N。
在本发明的一个实施方案中，输入交换级接收包含了信元头的ATM信元数据，其中信元头包含了可将输出交换级的M个输入中选定的一个连接到输出交换级的M个输出中选定的一个的选路数据。
在本发明的另一个实施方案中，输入交换级接收包含了信元头的ATM信元数据，其中信元头包含了可将可撤换的核心交换级的N个输入中的选定的一个连接到可撤换的核心交换级的M个输出中的选定的一个的选路数据。
在本发明的另一个实施方案中，输入交换级接收包含了信元头的ATM信元数据，其中信元头包含了可将输入交换级的N个输入中的选定的一个连接到输入交换级的N个输出中的选定的一个的选路数据。
在本发明的另一个实施方案中，输入交换级接收ATM信元数据，并随机地将输入交换级的N个输入中的一些连接到输入交换级的N个输出中的一些，从而将ATM信元数据分布到N个输出中的一些上。
本申请提供如下结构、设备和方法：
(一).一种可按比例伸缩的交换组织结构，包括：
一个具有N个输入和N个输出的输入交换级，可用于将所述N个输入中的选定输入连接到所述N个输出中的选定输出；
一个具有M个输入和M个输出的输出交换级，可用于将所速M个输入中的选定输入连接到所述M个输出中的选定输出；
一个具有多个W位的输入通道和一个W位的输出通道的复用器级，其中所述输出通道被耦合到所述输出交换级的所述M个输入；
一个可撤换的核心交换级，具有适用于耦合到所述输入交换级的所述N个输出的N个输入，还具有适用于耦合到所述复用器级的第一个输入通道的M个输出；以及
其中所述复用器级的第二个输入通道适用于耦合到一个替换核心交换级的输出级的R个输出中的M个上，并且所述输入交换级的所述N个输出适用于耦合到所述替换核心交换级的输入级的R个输入中的N个上，其中该替换核心交换级提供环绕着可撤换的核心交换级的并联路径。
(二).一种替换核心交换级，供在一种可按比例伸缩的交换组织结构中使用，该交换组织结构包括：一个具有N个输入和N个输出的输入交换级，可用于将所述N个输入中的选定输入连接到所述N个输出中的选定输出；一个具有N个输入和N个输出的输出交换级，可用于将所述N个输出交换级的输入中的选定输入连接到所述N个输出交换级的输出中的选定输出；和一个可撤换的核心交换级，具有适用于耦合到所述N个输入交换级的输出的N个输入，且具有适用于耦合到所述N个输出交换级的输入的N个输出，该替换核心交换级用于替换所述可撤换的核心交换级，所述替换核心交换级包括：
一个具有R个输入和R个输出的输入交换子级，可用于将所述R个输入中的选定输入连接到所述R个输出中的选定输出，其中所述R个输入中的N个输入适用于耦合到所述N个输入交换级的输出；
一个具有R个输入和R个输出的输出交换子级，可用于将所述R个输出交换子级的输入中的选定输入连接到所述R个输出交换子级的输出中的选定输出，其中所述R个输出交换子级输出中的N个输出用于耦合到所述N个输出交换级的输入；和
一个可撤换的核心交换子级，具有适用于耦合到所述R个输入交换子级的输出的R个输入，且具有适用于耦合到所述R个输出交换子级的输入的R个输出。
(三).一种替换可撤换的核心交换级的方法，供在一种可按比例伸缩的交换组织结构中使用，该交换组织结构包括：一个具有N个输入和N个输出的输入交换级，可用于将N个输入中的选定输入连接到N个输出中的选定输出；一个具有N个输入和个输出的输出交换级，可用于将N个输出交换级的输入中的选定输入连接到N个输出交换级的输出中的选定输出；一个可撤换的核心交换级，具有适用于耦合到N个输入交换级的输出的N个输入，且具有适用于耦合到N个输出交换级的输入的N个输出，所述方法包括以下步骤：
与可撤换的核心交换级并联地连接一个替换核心交换级，所述替换核心交换级包括：
一个具有R个输入和R个输出的输入交换子级，可用于将该R个输入中的选定输入连接到R个输出中的选定输出，其中R个输入中的N个输入适用于耦合到N个输入交换级的输出；
一个具有R个输入和R个输出的输出交换子级，可用于将R个输出交换子级的输入中的选定输入连接到R个输出交换子级的输出中的选定输出，其中R个输出交换子级的输出中的N个输出适用于耦合到N个输出交换级的输入；和
一个可撤换的核心交换子级，具有适用于耦合到R个输入交换子级的输出的R个输入，且具有适用于耦合到R个输出交换子级的输入的R个输出；和
将数据流量从可撤换的核心交换级切换到替换核心交换级；和撤换掉可撤换的交换核心级。
通过前文概括地简述了本发明的特点和技术上的优点，那些熟悉本技术的人员可以更好地理解下文中对发明的详细描述。本发明的其它的特点和优点将在后面描述，它们构成了本发明的权利要求的主题。那些熟悉本技术的人员可以容易地使用本发明的概念和引述的特定的实施方案，在此基础上改进或设计其它的实现本发明相同目的的结构。那些熟悉本技术的人员也应该认识到，这些等同的结构是本发明的广义的形式，它们并没有偏离本发明精髓和范围。
附图说明
为了更加完整地理解本发明，以及发明的优点，可参考下面带附图的描述，图中相同数字代表相同的对象，其中：
图1描述了一个单播(unicast)虚电路，它建立在根据先前技术的一个实施方案的示例交换组织结构中；
图2描述了一个组播虚电路，它建立在图1所示的、根据先前技术的一个实施方案的示例交换组织结构中；
图3描述了根据本发明的一个实施方案的可按比例伸缩交换组织结构示例；
图4更加详细地描述了图3中的、根据本发明的一个实施方案的可按比例伸缩交换组织结构示例；
图5是一个流程图，描述了图3和图4中根据本发明的一个实施方案的可按比例伸缩交换组织结构的升级的过程。
具体实施方式
下文阐述的图1至图5、以及该专利文件中用来阐述本发明原理的不同的实施方案，只是用于说明，而不应以任何方式解释为对本发明范围的限制。熟悉本技术的人员应理解，本发明的原理可以用任何适当组织的处理设备来实现。
图1描述了一个单播虚电路，它建立在根据先前技术的一个实施方案的示例交换组织结构100中。该交换组织结构100包括三个交换级：第一个交换级包括交换单元111和112，第二个交换级包括交换单元121和122，而第三个交换级包括交换单元131和132。第一个交换级在这里还可以指“输入级”而第三个交换级在这里还可以指“输出级”。第二级在这里也可以指“核心级”。
交换单元111，112，121，122，131和132的每一个的左边都有四个输入，从上到下，从1标到4。交换单元111，112，121，122，131和132的每一个的右边都有四个输出，从上到下，从1标到4。每个交换单元的四个输入中任何一个可以被在内部连接到同一交换单元的四个输出中的任何一个。每一个交换单元的输入-输出的连接是由被交换机组织结构100接收的每个信元(或分组)相应的信头信息决定的。
上述交换组织结构100支持单播信元的动态选路，以便实现高吞吐量。一个动态选路的网络由两个子网构成。上述第一交换级包括了一个“分布”子网，它通过将信元随机地从输入选路到输出来将输入单播流量随机化，从而均匀地将接收到的信元分配到第一级输出。例如，交换单元111随机地将接收数据信元的输入1连接到输出3上。
上述第二交换级和第三交换级包含了一个“选路”子网，它将信元选路到它们相应的交换输出。选路子网基于选路标记来为信元选路。例如，用于从交换单元111的输出3发送信元的选路标记是[3：2](十进制值)。交换单元122使用选路标记中的第一个值[3]，将接收信元的输入(输入1)连接到输出3。类似地，交换单元132使用选路标记中的第二个值[2]，将接收信元的输入(输入3)连接到输出2。
经过交换单元111，122和132的连接包括了经过交换组织结构100的单播虚电路，该结构用于完成从交换单元111的输入1到交换单元132的输出2的信元的选路。信元可以无序地到达最终结构的输出，并因此在被转送之前，在第三级的输出端重新排序。
图2描述了一个组播虚电路，它建立在根据先前技术的图1所示一个实施方案的示例交换组织结构100中。与单播虚电路不同，组播信元是通过检查每个交换级中的每个交换单元所维护的组播组群表而被前送的。组播组群表中的相对位置由每个信元的扩展信头中所带的组播组群号码来索引。组播组群号码在信元到达交换结构之前就被置入信元的信头。
例如，交换单元112的输入4上接收的信元可以在信元信头中包含组播组群号码6。交换单元112中的组播组群表中的组播组群号6包含数值[2]，这使得交换单元112将接收到信元的输入端(输入4)连接到输出2。在第二交换级中，交换单元121中的组播组群表中的组播组群号6包含数值[2：4]，这使得交换单元121将接收到信元的输入端(输入4)连接到输出2和输出4。
在第三交换级中，交换单元131中的组播组群表中的组播组群号6包含数值[1]，这使得交换单元131将接收到信元的输入端(输入2)连接到输出1。另外，交换单元132中的组播组群表中的组播组群号6包含数值[2]，这使得交换单元132将接收到信元的输入端(输入2)连接到输出2。总之，经过交换单元112，121，131和132的连接包含一条经过交换组织结构100的组播虚电路，该结构用于完成从交换单元112的输入4到交换单元131的输出1和到交换单元132的输出2的信元的选路。
上述的交换组织结构100难以升级。如果想将交换组织结构100从所示的八输入、八输出的配置扩大到比如32输入、32输出的配置，为了支持更高的容量(带宽)，通常需要替换整个结构。或者，该交换组织结构100可以在一开始就用最大可能容量的结构来装备，尽管原始的8输入/8输出的配置的接口只使用该容量的一部分。如果使用了备用结构，旧的主用和备用结构都变成浪费。如果没有使用备用结构，便将造成业务中断。
本发明通过提供一个改进的交换组织结构，克服了先前技术中存在的问题，它1)允许交换机的初始配置具有的结构只是满足所需容量相配的需求，2)可以以小的花费逐步被升级到更高的容量，3)不会在升级期间引起业务中断。本发明的一个示例实施方案使用了一个多级互连网络结构来对以下信元自选路：1)使用了向量或选路标记的一维线性数列的单播信元或分组段，以及2)使用了组播组群表的组播信元。该选路标记或组播组群号码在信元到达结构之前被置放在信元的信头中。
一个选路标记向量包含了与结构中交换级数目相同的项数。每个交换单元都配置了它在多级结构中的位置或级数。在单播信元的情况下，每个交换单元只检查与它的交换级数相对应的项或选路标记，并根据选路标记的值来将信元选路到它的一个输出。在组播信元的情况下，组播组群号码为每个交换单元在组播组群表中选择一个项。组播组群表产生一个位向量，该位向量具有与交换单元中输出数目相同的位数。对每一个位向量中的“1”，会有一个信元的拷贝从相应的输出发送。
本发明的最小容量配置是包括三个级。从最小到最大的所有配置包括奇数个交换级。与最大结构相对应的交换级数目假设是事先已知并且固定的。结构级用以下标号表示：1，2，…，(N+1)/2，N-1，N，这里N是与最大结构相对应的交换级。例如，如果N＝9，那么，对一个三交换级的结构来讲，交换级便被编号为1，5和9。五个交换级结构的交换级被编码为1，2，5，8，9。
将结构从一个容量范围(总级数＝M)增长到下一个更高的容量范围(总级数＝M+2)，现有结构的中间交换级(交换级(N+1)/2)按理便被撤换掉，而三交换级的子结构会被插入中间。
在信元的信头中置放的选路标记向量总是长度为N，无论在当前结构中交换级的实际数目是多少。独立的选路标记总是被赋予这样的数值，即一个全N交换级结构用来将信元选路到它的正确的输出所需要的的数值。
交换结构中组播信元的选路包含信元头中的组播组群号码和交换单元中的组播组群表。当交换结构从M个交换级增长为M+2个交换级，在新子结构中新的第一级和新的第三级中的交换单元里的组播组群表被配置为可起初完成“直通”路由(输出号＝输入号)。在新的子结构的新的中间交换级(即，(N+1)/2交换级)中交换单元的组播组群表可以简单地从原有的交换中间级组播组群表和新的第一和新的第三交换级的“直通”路由得出。
图3描述了根据本发明的一个实施方案的可按比例伸缩交换组织结构300的示例。示例的可按比例伸缩交换组织结构300的大部分类似于图1和图2中所示的交换组织结构。该可按比例伸缩的交换组织结构300包括三个交换级：第一交换级包括N×M交换单元111和112，第二交换级包括M×M交换单元121和122，而第三M×N交换级包括交换单元131和132。第一个交换级在这里还可以指“输入级”而第三个交换级在这里还可以指“输出级”。第二级在这里也可以指“核心级”。
在本发明的一个实施方案中，N和M是相等的。不过，那些熟悉本技术的人员可以看到，本发明的原理可以容易地在这样的交换结构中实现，在该结构中，一些或全部交换级和/或一些或全部交换单元具有不同数目的输入端和输出端。
与第二交换级并联的是一个替换核心级301，它将在下文与图4和图5一起作更详细的解释。可按比例伸缩交换组织结构300的第一交换级的输出连接在第二交换级的输入上，并同时也连接到替换核心级301的输入上。可按比例伸缩交换组织结构300的第二交换级的输出耦合在复用器302a-302g的第一个输入通道上。复用器302a-302g的输出被耦合到第三个交换级的输入。替换核心级301的输出被耦合到复用器302a-302g的第二个输入通道上。复用器302a-302g的输入和输出通道有W位宽，其中W可以等于N或M，或等于两者。
应注意，可按比例伸缩交换组织结构300中构成的一个单播虚电路类似于图1所示的单播虚电路。此外，可按比例伸缩交换组织结构300中构成的一个组播虚电路类似于图2所示的组播虚电路。
在对可按比例伸缩交换组织结构300升级之前，复用器302a-302g的第一个通道总是被选中的，所以交换单元121和122的输出被连接到交换单元131和132的输入。在这种状态下，替换核心级301被去激活，可按比例伸缩交换组织结构300类似于先前技术的交换组织结构100那样地进行工作。不过，当升级被完成，复用器302a-302g的第二个通道被选中，从而替换核心级301的输出被连接到交换单元131和132的输入。在这种状态下，所有的数据信元流都通过替换核心级301，而交换单元121和122被去激活。
图4更加详细地描述了根据本发明的一个实施方案的图3中示例的可按比例伸缩交换组织结构300。为了执行升级操作，复用器302a-302g的第二个通道被选中，因此替换核心级301便处在数据流量的交换路径上。原先的第二(或核心)交换级被去激活。为了叙述的简单和清晰，替换核心级301、要被撤换的交换单元121-122和固定设置到第二个通道上的复用器302a-302g没有表示出来。
作为升级的一部分，旧的核心级被撤换，换成替换核心级301。从第一个交换级的输出到第三个交换级的输入，分别和另外的三级子结构的输入和输出连接起来。为了表明示例的可按比例伸缩交换组织结构300的可扩性，新的(且没有作连接的)交换机113-118被显示出(以虚线的形式)，它可以在以后被加入到输入级中。此外，新的(且没有作连接的)交换机133-138被显示出(以虚线的形式)，它可以在以后被加入到输出级中。
替换核心级301是一个子结构，包含了三个交换级。交换单元111和112仍包括第一交换级，但是交换单元131和132现在被重新定为第五交换级。第一交换级中的交换单元111和112以及第三交换级中的交换单元131和132维持它们原有的组播组群表不变。
一个新的第二交换级包括了交换单元411-418，一个新的第三交换级包括了交换单元422-428，而一个新的第四交换级包括了交换单元431-438。新的第二级中的交换单元414和415的组播组群表、以及新的第四级中交换单元433，434和436的组播组群表被初始化为执行“直通”路由。直通选路的实现是通过对经输入I进入交换单元之一的每个组播组群产生一个项，指定输出只为I。
通过对单播虚电路的通路和组播虚电路正向穿过新的第二交换级中交换单元411-418的直通连接寻迹，可以确定：单播虚电路和组播虚电路在新的第三级中从端口3进入交换单元423，在端口1进入交换单元425。通过对单播虚电路的通路和组播虚电路反向穿过新的第四交换级中交换单元431-438的直通连接寻迹，可以确定：单播虚电路和组播虚电路在新的第三级中从端口1和3送出交换单元423，在端口3送出交换单元425。
从这些可以确定，新的第三级中交换单元423的组播组群表相对于先前的核心级中交换单元121的组播组群表来讲，前者只是有-1的横向移位。因此，交换单元121的组播组群中的值[2，4]对交换单元423来说，变为[1，3]。还可以确定，新的第三级中交换单元425的组播组群表相对于先前的核心级中交换单元122的组播组群表来讲，前者有为0的横向移位。因此，交换单元122的组播组群中的值[3]对交换单元425来说，仍为[3]。
新的替换核心级301是内部对称的，因此在新的第三交换级中交换单元421-428的输入和输出是以硬布线方式分别连接在交换单元411-418的输出(它们的编号与交换单元431-438的输入相同)。例如，交换单元423的输入3和输出3被分别硬布线到交换单元414的输出1和交换单元434的输入1。新的替换核心级301也是外部对称的，因此输入交换单元411-418的相应输入端和输出交换单元431-438的输出端是以硬布线方式分别连接在交换单元111和112的输出(它们的编号与交换单元131和132的输入相同)。例如，交换单元413的输入1和交换单元433的输出1被分别硬布线到交换单元111的输出2和交换单元131的输入2。
替换核心级301中三级的内部和外部对称布线以及新的第二和第四交换级的直通路由，使得维持正在工作的单播虚电路和组播虚电路成为可能。从单播虚电路和组播虚电路来的流量信元都是转送到相同的交换单元131和132的输出，如同图1-3中所转送的那样。
图5是一个流程图，描述了图3和图4中根据本发明的一个实施方案的可按比例伸缩交换组织结构300的升级的过程。假设示例的可按比例伸缩交换组织结构300既可以是主用也可以是备用交换结构。
开始，主用结构中的自动切换功能被禁止(过程步骤501)，该功能是在故障出现时自动将数据流量转换到备用结构上。接着，替换的核心级301被插入(过程步骤502)，同先前备用结构中的先前的(即，第二)核心级并行。在备用结构中新的呼叫接受功能和现存呼叫清除功能被取消(过程步骤503)。
接着，新的三交换级子结构被初始化(过程步骤504)。当数据信元被从原先的主用结构的核心级发送，且没有明显的呼叫建立或清除事件，数据流量被切换到升级后的备用机构上(过程步骤505)。这样将原先的低容量主用结构变为备用的模式，并将新的升级后的备用结构变为主用结构。新的呼叫接收和现有呼叫清除功能被使能，数据信元便可以进入备用结构(过程步骤506)。
接着，第二个替换核心级301被插入(过程步骤507)，同主用结构中的先前的(即，第二)核心级并行。主用结构中的自动切换功能被重新使能(过程步骤508)，该功能是在故障出现时自动将数据流量转换到备用结构上。
虽然本发明已经被详细阐述，熟悉本技术的人员应该明白，他们可以作不同的改变、替代和另选，但这些广义的形式不偏离本发明的精髓和范围。

Claims (19)

1.一种可按比例伸缩的交换组织结构，包括：
一个具有N个输入和N个输出的输入交换级，可用于将所述N个输入中的选定输入连接到所述N个输出中的选定输出；
一个具有M个输入和M个输出的输出交换级，可用于将所述M个输入中的选定输入连接到所述M个输出中的选定输出；
一个具有多个W位的输入通道和一个W位的输出通道的复用器级，其中所述输出通道被耦合到所述输出交换级的所述M个输入；
一个可撤换的核心交换级，具有适用于耦合到所述输入交换级的所述N个输出的N个输入，还具有适用于耦合到所述复用器级的第一个输入通道的M个输出；以及
其中所述复用器级的第二个输入通道适用于耦合到一个替换核心交换级的输出级的R个输出中的M个上，并且所述输入交换级的所述N个输出适用于耦合到所述替换核心交换级的输入级的R个输入中的N个上，其中该替换核心交换级提供环绕着可撤换的核心交换级的并联路径。
2.如权利要求1所述的可按比例伸缩的交换组织结构，其特征在于，N＝M。
3.如权利要求1所述的可按比例伸缩的交换组织结构，其特征在于，R＞N。
4.如权利要求1所述的可按比例伸缩的交换组织结构，其特征在于，所述输入交换级接收包含有信元头的ATM信元数据，其中所述信元头包含有可用于将所述输出交换级的所述M个输入中的一个选定输入连接到所述输出交换级的所述M个输出中的一个选定输出的选路数据。
5.如权利要求1所述的可按比例伸缩的交换组织结构，其特征在于，所述输入交换级接收包含有信元头的ATM信元数据，其中所述信元头包含有可用于将所述可撤换的核心交换级的所述N个输入中的一个选定输入连接到所述可撤换的核心交换级的所述M个输出中的一个选定输出的选路数据。
6.如权利要求1所述的可按比例伸缩的交换组织结构，其特征在于，所述输入交换级接收包含有信元头的ATM信元数据，其中所述信元头包含有可用于将所述输入交换级的N个输入中的一个选定输入连接到所述输入交换级的N个输出中的一个选定输出的选路数据。
7.如权利要求1所述的可按比例伸缩的交换组织结构，其特征在于，所述输入交换级接收ATM信元数据，并随机地将所述输入交换级的N个输入中的输入连接到所述输入交换级的N个输出中的输出，由此来把所述ATM信元数据分发到所述N个输入交换级的输出中的输出上。
8.一种替换核心交换级，供在一种可按比例伸缩的交换组织结构中使用，该交换组织结构包括：一个具有N个输入和N个输出的输入交换级，可用于将所述N个输入中的选定输入连接到所述N个输出中的选定输出；一个具有N个输入和N个输出的输出交换级，可用于将所述N个输出交换级的输入中的选定输入连接到所述N个输出交换级的输出中的选定输出；和一个可撤换的核心交换级，具有适用于耦合到所述N个输入交换级的输出的N个输入，且具有适用于耦合到所述N个输出交换级的输入的N个输出，该替换核心交换级用于替换所述可撤换的核心交换级，所述替换核心交换级包括：
一个具有R个输入和R个输出的输入交换子级，可用于将所述R个输入中的选定输入连接到所述R个输出中的选定输出，其中所述R个输入中的N个输入适用于耦合到所述N个输入交换级的输出；
一个具有R个输入和R个输出的输出交换子级，可用于将所述R个输出交换子级的输入中的选定输入连接到所述R个输出交换子级的输出中的选定输出，其中所述R个输出交换子级输出中的N个输出用于耦合到所述N个输出交换级的输入；和
一个可撤换的核心交换子级，具有适用于耦合到所述R个输入交换子级的输出的R个输入，且具有适用于耦合到所述R个输出交换子级的输入的R个输出。
9.如权利要求8所述的替换核心交换级，其特征在于，R＞N。
10.如权利要求8所述的替换核心交换级，其特征在于，所述输入交换子级接收包含有信元头的ATM信元数据，其中所述信元头包含有可用于将所述输出交换子级的所述R个输入中的一个选定输入连接到所述输出交换子级的R个输出中的一个选定输出的选路数据。
11.如权利要求8所述的替换核心交换级，其特征在于，所述输入交换子级接收包含有信元头的ATM信元数据，其中所述信元头包含有可用于将所述可撤换的核心交换子级的所述R个输入中的一个选定输入连接到所述可撤换的核心交换子级的所述R个输出中的一个选定输出的选路数据。
12.如权利要求8所述的替换核心交换级，其特征在于，所述输入交换子级接收包含有信元头的ATM信元数据，其中所述信元头包含有可用于将所述输入交换子级的所述R个输入中的一个选定输入连接到所述输入交换子级的所述R个输出中的一个选定输出的选路数据。
13.如权利要求8所述的替换核心交换级，其特征在于，所述输入交换子级接收ATM信元数据，并随机地将所述输入交换子级的所述R个输入中的输入连接到所述输入交换子级的所述R个输出中的输出上，由此将所述ATM信元数据分发到所述R个输入交换子级的输出中的输出上。
14.一种替换可撤换的核心交换级的方法，供在一种可按比例伸缩的交换组织结构中使用，该交换组织结构包括：一个具有N个输入和N个输出的输入交换级，可用于将N个输入中的选定输入连接到N个输出中的选定输出；一个具有N个输入和个输出的输出交换级，可用于将N个输出交换级的输入中的选定输入连接到N个输出交换级的输出中的选定输出；一个可撤换的核心交换级，具有适用于耦合到N个输入交换级的输出的N个输入，且具有适用于耦合到N个输出交换级的输入的N个输出，所述方法包括以下步骤：
与可撤换的核心交换级并联地连接一个替换核心交换级，所述替换核心交换级包括：
一个具有R个输入和R个输出的输入交换子级，可用于将该R个输入中的选定输入连接到R个输出中的选定输出，其中R个输入中的N个输入适用于耦合到N个输入交换级的输出；
一个具有R个输入和R个输出的输出交换子级，可用于将R个输出交换子级的输入中的选定输入连接到R个输出交换子级的输出中的选定输出，其中R个输出交换子级的输出中的N个输出适用于耦合到N个输出交换级的输入；和
一个可撤换的核心交换子级，具有适用于耦合到R个输入交换子级的输出的R个输入，且具有适用于耦合到R个输出交换子级的输入的R个输出；和
将数据流量从可撤换的核心交换级切换到替换核心交换级；和
撤换掉可撤换的交换核心级。
15.如权利要求14所述的替换可撤换的核心交换级的方法，其特征在于，R＞N。
16.如权利要求14所述的替换可撤换的核心交换级的方法，其特征在于，所述输入交换子级接收包含有信元头的ATM信元数据，其中所述信元头包含有可用于将输出交换子级的R个输入中的一个选定输入连接到输出交换子级的R个输出中的一个选定输出的选路数据。
17.如权利要求14所述的替换可撤换的核心交换级的方法，其特征在于，所述输入交换子级接收包含有信元头的ATM信元数据，其中所述信元头包含有可用于将可撤换的核心交换子级的R个输入中的一个选定输入连接到可撤换的核心交换子级的R个输出中的一个选定输出的选路数据。
18.如权利要求14所述的替换可撤换的核心交换级的方法，其特征在于，所述输入交换子级接收包含有信元头的ATM信元数据，其中所述信元头包含有可用于将输入交换子级的R个输入中的一个选定输入连接到输入交换子级的R个输出中的一个选定输出的选路数据。
19.如权利要求14所述的替换可撤换的核心交换级的方法，其特征在于，所述输入交换子级接收ATM信元数据，并随机地将输入交换子级的R个输入中的输入连接到输入交换子级的R个输出中的输出上，由此将ATM信元数据分发到R个输入交换子级的输出中的输出上。
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