Коммутационной структуре матричного типа требуется N2 ключей, что усложняет работу такой коммутационной структуры при увеличении N (свыше двух десятков). Поэтому были предприняты поиски альтернативных коммутационных структур, основанных на многокаскадных сетях [5,6].

Чтобы наилучшим способом описать концепцию многокаскадных структур коммутаторов с пространственным разделением, обратимся к абстрактной модели коммутатора с пространственным разделением и рассмотрим возможность реализации разветвителей и концентраторов с помощью элементарных (2х2)-переключателей, которые могут находиться в двух состояниях - сквозном и перекрестном.

Разветвитель на N=2k выходов может быть построен в виде двоичного дерева с k разветвлениями на N-1 двоичном коммутационном элементе. В таком дереве существует единственный путь от корня (входа) до каждого из листьев. Таким образом, такой разветвитель обладает свойством самомаршрутизации.

Проблема, связанная с таким вариантом конструкции многокаскадного коммутатора с пространственным разделением, имеет два аспекта:

o во-первых, требуемое число переключателей равно 2N²-N, т.е. почти вдвое больше количества элементов в коммутаторе матричного типа;

o во-вторых, требуется N промежуточных буферов и N² соединений между разветвителем и концентратором.

Однако в каждом временном интервале для передачи одного пакета с входа на выход требуются не все переключатели, имеющиеся в дереве. Возможно совместное использование переключателей несколькими разетвителями. Путем добавления пар входных каналов к уже имеющейся структуре можно соединить между собой N входов и N выходов, используя только (N / 2)log2 N элементарных двоичных переключателей.

У конструкции коммутатора с пространственным разделением и числом элементов (N / 2)log2 N существует два интересных свойства [1,4]:

- первое - это сокращение общего числа переключателей;

- второе - возможность возникновения внутренних конфликтов.

При этом возникновение внутренних конфликтов будет иметь место не только в случае, когда на переключатель поступают два пакета, которые должны быть направлены на один и тот же выход, но внутренние конфликты могут возникать и в случаях, когда пакеты не предназначены для одного и того же выходного порта.

Существует очень большое количество разнообразных многокаскадных структур. За последние два десятка лет специалисты разных стран проводили исследования многокаскадных коммутационных структур и наработали комплекс типовых решений, актуальных на сегодняшний день.

Однако, независимо от конкретной разновидности все N´N многоканальные структуры обладают следующими основными свойствами:

o существует единственный путь, соединяющий входной канал с выходным;

o установление соединений может быть осуществлено децентрализовано с использованием процедуры самомаршрутизации;

o во всех сетях возможно одновременное установление не более N соединений;

o структура сети является регулярной, что удобно для реализации на СБИС;

o структура является модульной, что позволяет строить большие сети без необходимости модификации физической компоновки или алгоритмов.

Основной недостаток такой структуры заключается в наличии внутренних блокировок, что снижает пропускную способность коммутатора.

Основными способами преодоления внутренних блокировок, повышения пропускной способности коммутатора и уменьшения потерь пакетов являются [8,9]:

o размещение в местах возникновения конфликтов буферов, т.е. использование буферизованной Баньяновидной структуры;

o использование входной буферизации и блокировки ячеек на входе с помощью управляющих сигналов, формируемых при возникновении конфликта;

o использование входной буферизации в сочетании с сортировкой входных пакетов с целью устранения выходных конфликтов и перехода к перестановкам, при которых гарантируется отсутствие конфликтов;

o параллельное, или тандемное, использование группы Баньяновидных соединительных сетей, что увеличивает число возможных путей между входами и выходами и в пределе позволяет получить характеристики соответствующей выходной буферизации.