CN100399762C - 接入节点中atm体系结构的虚拟组连接装置 - Google Patents

接入节点中atm体系结构的虚拟组连接装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种将ATM连接分组的一种虚拟组连接(VGC)装置。将多个VPC、VCC或者这两者兼有，作为单个虚拟数据管道一起管理，前述管道具有相关的公共连接资源(例如带宽、缓冲等)池。可以将VGC视为与单个客户关联的单个连接体系，对其进行整形、准备、监管、交换和其它业务量工程操作。

Description

接入节点中ATM体系结构的虚拟组连接装置
相关申请
本申请公开的主题涉及下列共有的共同未决的美国专利申请所公开的主题：(i)James W.Dove等人的“Stackplane Architecture”，于1999年12月22日申请，申请号为09/469,897；(ii)Eric Friedrichs等人的“Scalable Architecture For An Access Node”，于2002年6月27申请，申请号为10/280,604；(代理卷号为：1285-0090US)；(iii)Thornton Collins等人的“Integrated Gateway Functionality In An Access Network Element”，于2001年11月2日申请，申请号为10/052,846；(iv)Mudhafar Hassan-Ali等人的“Multicasting System And Method For Use In An Access Node’sATM Switch Fabric”，于同一天申请的，美国申请号为10/280,959；(代理卷号为：1285-0100US)；(v)Mudhafar Hassan-Ali等人的“System AndMethod For Implementing GFR Service In An Access Node’s ATM SwitchFabric，”，于同一天申请的，美国申请号为10/280,700；(代理卷号为：1285-0102US)；(Vi)Mudhafar Hassan-Ali等人的“Calendar Heap SystemAnd Method For Efficient Sorting，”，于同一天申请的，美国申请号为10/281,033；(代理卷号为：1285-0101US)；(vii)Mudhafar Hassan-Ali等人的“Hierarchical Scheduler Architecture For Use With An Access Node，”，于同一天申请的，美国申请号为10/280,894；(代理卷号为：1285-0103US)；这些专利申请通过引用并入本发明。
技术领域
本发明总的来说涉及电信领域。确切地说，本发明涉及接入节点中异步传输模式(ATM)体系结构的虚拟组连接(VGC)方案，但本发明并不局限于此。
背景技术
远程接入市场正在经历一个大的转变。三个因素促成了这种转变。第一是用户数量的增长，例如需要高性能因特网的和多媒体远程接入的小型办公/居家办公(SOHO)用户数量的增长。在电信方面自由化的政府行为是另一因素，各地通过消除本地市场规范来培育更为广泛的竞争。第三因素，也是最后一个因素，是公共电话交换网(PSTN)的拥塞，PSTN的设计和开发原本只是为了语音业务量。
电信技术的若干重大进展使得电信网络的骨干连接能够具备高吞吐量。例如，通过在同步光网(SONET)/同步数字体系(SDH)物理层上实现异步传输模式(ATM)网络技术，电信网络能够达到几百兆比特每秒(Mbps)的数据速率。但是，为满足远程接入的带宽需求所做出的努力受限于电信局中心局(CO)和用户的远端站点之间已有的双绞铜线基础设施(也就是接入网)，一般称作本地环路。在电信领域中，这些限制有时统一称作“最后一公里”问题。
为避免最后一公里问题所产生的瓶颈，当前接入网解决方案在本地环路中也采用光纤技术。与利用高速电信网一样，基于光纤的本地环路基础设施的体系结构一般采用SONET作为物理层技术。除了网络设计的改进，随着光部件和相关光电子的最近进展，使得宽带接入日趋普及。
此外，伴随着因特网用户数量的显著增长，产生了对用分组交换网(PSN)基础设施(例如，那些基于互联网协议(IP)进行寻址的基础设施)来替代当前电信网所采用的已有电路交换网络(CSN)基础设施的浓厚兴趣。从网络运营商角度来讲，分组交换基础设施中固有的业务总量使得每个最终用户的传输成本和基础设施成本得以降低。最终，这种成本的降低使得网络运营商能够将由此节省的成本转移到最终用户身上。
因此，正在开发一种新型的以业务为中心的网络(不同于已有的以话音为中心和数据为中心的网络)，用以实现众所周知的下一代网络(NGN)基础设施，在下一代网络基础设施中综合的话音/数据/视频应用可以利用端到端传输路径中PSN上的分组传输机制来提供。前面间接提到，人们相信，在接入网中采用分组网络基础设施能够提供更高的传输效率，更低的操作和运营成本，以及统一的接入。
传统接入系统允许接入数字本地话音交换机，例如第5类交换机，这通过延伸多根金属环路，并将它们集中成一束，从而高效传送时分复用(TDM)话音业务量来实现。一般情况下，这种接入网络的体系结构使用多种配置下的一个或多个接入节点，前述配置可以是例如点对点链、环等，其中接入节点自身可以包括多个信道组，后者提供的线路接口服务于大量用户。
但是，为了提供更好的功能和业务提供，要求当前的接入网支持先进的传输技术，例如SONET，对于节点的内部结构也是如此。在这些节点中，ATM用于承载除传统的TDM业务，如T1和TDM-DS3业务之外的大部分用户业务量。因此，接入节点设计需要支持TDM和ATM交换设备。
ATM论坛提供了一组规范，用以管理ATM交换设备的不同方面，包括连接类型。虽然ATM标准所支持的连接体系结构为大多数ATM应用提供了足够的细节，但是没有定义客户级的连接管理机制。
美国专利5,953,338描述了一种系统，包括系统控制模块和多个互联的异步传输模式交换机。互联的异步传输模式交换机经由至少一个物理接口彼此互联以形成网络。网络用于传送各种类型的信息。每个异步传输模式交换机具有连接许可控制模块以确定虚拟连接——如虚拟通道、虚拟信道或者虚拟通道组——是否可以通过特定异步传输模式交换机进行连接。一种监控物理接口上虚拟通道组的使用级别的方法，包括检查虚拟通道的使用级别，更新用于该虚拟通道的可利用带宽量，以及将该可利用带宽量与最大的可利用带宽阈值作比较，并当该量超出最大阈值时设置过载条件，当该量低于最大阈值时清除过载条件。
欧洲专利申请EP 0 961 512描述了一种双工无线通信系统中执行呼叫切换的方法，该系统包括无线接入单元和至少一个远程无线通信单元。远程无线通信单元和第一无线接入单元之间的第一无线链路中的呼叫可以被切换到远程无线通信单元和第二无线接入单元之间的第二无线链路，其遵循远程无线通信单元和第二无线接入单元之间周期测量的无线链路标准，该标准在性能上优于远程无线通信单元和第一无线接入单元之间周期测量的无线链路标准。当无线通信单元和第二无线接入单元之间测量的无线链路标准在性能上优于远程无线通信单元和第一无线接入单元之间测量的无线链路标准达至少两个连续周期无线链路标准测量时，执行并完成切换。
发明内容
因此，本发明涉及一种虚拟组连接(VGC)装置，它将ATM连接分组成与特定客户相关联的单个虚拟数据管道，前述客户可以是例如因特网服务提供商(ISP)，竞争性本地交换运营商(CLEC)以及类似用户。将多个VPC、VCC或者这两者兼有捆绑在一起，作为单个虚拟管道(称为VGC)一起管理，前述管道具有相关联的公共连接资源(例如带宽、缓冲等)池。可以将VGC视为与单个客户关联的单个连接体系，对其进行整形、准备、监管、交换和其它业务量工程操作。
附图说明
参考下面的详细描述，并结合附图，可以对本发明有更为全面的理解，在附图中：
图1给出了示例性的具有ATM交换设备的接入节点，其中可以有利地实现本发明的教导；
图2给出了一个ATM信元；
图3描述了传统的ATM连接层次；
图4描述了实现传统的基于VPC或基于VCC交换的ATM交换机的实施方式；
图5描述了实现传统的基于VPC或基于VCC交换的ATM交换机的另一实施方式；
图6A给出了接入网络中本发明VGC方案的一种实施方式；
图6B给出了按照本发明教导提供的具有多个VGC束的一种例示性接入网络管道；
图7描述了一种例示性接入网络，其中VGC捆绑功能可以作为COT节点的一部分提供；
图8给出了图7所示COT节点的高层功能框图；以及
图9是提供本发明的VGC所涉及的操作流程图。
具体实施方式
下面根据Mudhafar Hassan-Ali等人同一天提交的题为“HierarchicalScheduler Architecture For Use With An Access Node”的美国专利申请，申请号为10/280,894(代理人卷号：1285-0103US)的共同拥有共同未决美国专利申请(此后称为分层调度器体系结构申请)的教导，给出本发明的一种实施方式。在该申请中详细描述到，接入网中的电信节点可以包括一种可调整的体系结构，其中提供TDM和ATM交换设备，用以支持性能水平的提高。
下面参看本专利申请的附图，其中相同或类似的元件在几张图中标以相同的标号，给出的各种元件不一定按比例绘出，尤其是参看图1，该图描述了一种例示性的接入节点100，它具有ATM交换设备102的高层功能性表示，设备102可以有利地实现本发明的教导。在前面引用的分层调度器体系结构申请中解释了，交换设备102的总体功能包括：监管；运行、管理和维护(OAM)；信头转换；排队和许可控制；以及调度和业务量整形。可以很容易地看出，发往交换设备102的业务量通过多个接口提供。传输接口104用于将节点的设备连接到骨干网，例如ATM网络105。栈面接口106用于将业务量从辅架组链107(例如包括分层调度器体系结构申请的图5所示信道组506-1到506-4，以及信道组508-1到508-4)传送到交换设备102。通过线路单元(LU)107-1到107-N的多个用户接口举例说明了各种业务源，如xDSL，T1，ISDN，DS-3/OC-3等，这些业务源可以通过适当的总线级端口109-1到109-N，与交换设备102相连。线路单元接口中的一个接口可以连接到作为接入网(未在该图中示出)一部分的RT111。
针对内部ATM业务量可以定义两种类型ATM连接：虚信道连接(VCC)和虚通道连接(VPC)。VCC一般是ATM连接能有的最小单元，可以由包括一对物理接口上的标识符，也就是虚信道标识(VCI)和虚通道标识(VPI)的唯一值来表示。VPC则定义为共享同一VPI值和共同资源池(例如带宽等)的一组全部的流。因此，可以看出，VP是一束VC，这样，通过减少需要管理的部件数量，简化了ATM环境下的连接管理，其中每个连接由其唯一VPI/VCI对来标识。
从拓扑角度来看，VCC或VPC可以是以下两种类型之一：(i)点到点连接，其中建立双向连接，且每个方向中的信源可以不同，以及(ii)点到多点连接，它通常采用多个单向连接，在设备间实现组播传输。
众所周知，ATM采用定长传送单元，称为信元，作为基本传输单元，它通过信头部内容提供了连接的唯一标识。图2描述了ATM信元格式200，它包括48字节净荷212和5字节信头部分214。下面给出信头的功能：4比特通用流控制(GFC)部分202；8比特用于VP标识，包括域204A和204B；16比特用于VC标识，包括域206A-C；3比特净荷类型标识(PTI)部分207；单比特信元丢弃优先级(CLP)部分208；以及8比特信头差错校验(HEC)部分210。
GFC域202采用定期开停流控制方案控制终端的速率。HEC部分210可以用于实现循环冗余校验(CRC)码，检测信头部分214的差错。CRC码可以用于，例如防止将信元发送给错误的目的地(也就是，信元误插)。PTI域207用于指示净荷是否包含用户数据、信令或者维护信息。应用可以通过CLP域208来指示特定信元是否被标记成低丢弃优先级信元。最后，信头部分214的VP和VC标识部分用于唯一标识多个ATM连接并定义其相互关系，也就是将多个VC连接捆绑成VP。
参看图3，给出了传统ATM连接层次的一种例示性表示。物理链路302由3个VP束304-1到304-3共享。每个VP束则包括多个VC连接。例如，VP 304-1包括VC-1到VC-3，其中每个VC具有唯一ID号，尽管它们都共享同一个VPI。同样，VP 304-2包括VC-1到VC-4，VP 304-3包括VC-1和VC-2。前面间接提到，将VC连接捆绑成VP束简化了ATM环境下的整体复杂度和管理，不管这个环境是ATM交换机(也就是能够支持ATM的接入节点)，还是传输网。根据功能的不同，一些交换机支持VC和VP。但是，VP交换机只支持VP连接，而不能识别使用VP的VC。这种交换机不进行VC处理，因此，不能维护任何VC信息。
图4给出了以传统方式实现基于VPC和基于VCC交换的ATM交换机402的一种实施方式。标号404-1到404-3代表了ATM交换机402的三个入口接口，其中每个接口都能支持VP。例如，接口404-1支持VPI＝1的VP。同样，接口404-2和404-3分别支持VPI＝2和3的VP束。此外，每个入口VP包括一束两个VC连接。VP 404-1中VC连接406-1和406-2分别被识别为具有VCI＝31和32。类似地，接口404-2支持VP(VPI＝2)，包括VCC 408-1(VCI＝31)和VCC 408-2(VCI＝40)，接口404-3支持VP(VPI＝3)，包括VCC 410-1(VCI＝96)和VCC 410-2(VCC＝97)。
ATM交换机402具有出口接口405-1到405-3，每一个接口都支持VP。接口405-1所支持的VP(VPI＝4)包括VCC 412-1(VCI＝66)和VCC 412-2(VCI＝67)。同样，接口405-2所支持的VP(VPI＝5)包括VCC 414-1(VCI＝99)和VCC 414-2(VCI＝32)，接口405-3所支持的VP(VPI＝6)包括VCC 416-1(VCI＝96)和VCC 416-2(VCI＝97)。
ATM交换机402为入口接口404-1、404-2和出口接口405-1、405-2提供了虚信道业务，其中交换机检查VPI和VCI，决定如何转发每个信元。也就是说，VPI和VCI的值都会随着信元在ATM环境中的传输而变化。例如，进入交换机环境的某个信元具有VPI＝1和VCI＝32，它退出交换机环境时VPI＝5，VCI＝99。ATM交换机环境402也可以在入口接口404-3和出口接口405-3之间提供虚通道业务。这种情况下，该环境只根据VPI的值，作出信元转发决定。因此，进入交换机环境的某个信元具有VPI＝3和VCI＝96，它退出交换机环境时VPI＝6，VCI＝96。VCI没有变化，因为在作出信元转发决定过程中不处理VCI。
图5给出了实现基于VCC和基于VPC交换的ATM交换环境502的另一实施方式，其中VP或VC可以端接于该交换机。与前面的讨论类似，交换机环境502有四个入口VP和三个出口VP。入口VP504-1(VPI＝2)需要通过VP交换路径508交换到出口VP 506-1(VPI＝1)，其中信元转发决定只基于VPI作出。标号504-2和504-3是指两个入口VP，它们端接在交换机502。这些入口VP的VCC需要交换到出口VP 506-2的VCC，出口VP 506-2也端接在交换机502。标号510-1和510-2是指两个VC交换路径，其中VPI和VCI值都用于信元转发。同样，在VP 504-4的非端接VCC和VP 506-3的非端接VCC之间建立VC交换路径514，其中入口VP 504-4和出口VP506-3都端接在交换机502。此外，VP 506-3的VCC 512也端接在交换机502。
众所周知，虚通道业务提供不仅减少了网管复杂度，而且还允许附加应用，例如广域网络应用。例如，网络管理者可以从广域网运营商那里购买两个企业位置之间的虚通道。在适当位置有了虚通道之后，网络管理者可以建立和清除虚信道，而不需要与运营商管理进行协调。根据VCI域的大小，可以看出，如果需要并且终端具有容量，就可以在两个位置之间建立多于65,000个虚信道。
虽然这里描述的传统的ATM连接层次可以为典型的应用提供足够的功能，但在需要进行客户级的分割和管理时，这种层次就显得不足。因此，本发明涉及一种新颖的连接层次，用以将多个VCC、多个VPC或者两者兼有捆绑成另一连接层次，称为虚拟组连接，或VGC，特定连接资源可以共同分配给VGC，从而将其作为单个虚管道来管理。
现在参看图6A，给出了例示性接入网络部分600中本发明的VGC方案的一种实施方式。接入节点602具有ATM交换能力，它以引用并入的分层调度器体系结构申请中描述的方式被配置为COT节点。另一接入节点604被配置为连接到COT 602的RT节点，形成至少一部分接入网络600。在COT 602的入口侧支持多个客户接口606-1到606-4，每个接口具有其自身的VCC和VPC范围，以及相关的连接资源(例如，带宽、缓冲、处理器资源、连接的大致数量、VPI/VCI值的范围等等)。例如，接入网络600的网络运营商可以将其连接容量捆绑成多个独立的VGC，其中每个VGC都可以由客户根据其需求购买。这些客户可以包括，例如因特网服务提供商(ISP)，因特网接入提供商(IAP)，竞争性本地交换运营商(CLEC)，以及类似客户，每个客户都得为其自身的许多用户提供服务。通过拥有专用的VGC和相关资源，客户可以有利地管理其内部客户连接，而不需要与接入网络提供商协调其操作。另一方面，从接入网络提供商角度来看，它销售和管理连接组，而不是单个连接，从而更加经济(例如有效地调度)。此外，这种方案在资源适当配置方面是公正合理的。
继续图6A，标号614-622代表了按照本发明的教导，在COT节点602中实现的多个VGC，分组是在多个客户接口606-1到606-4之间分配的。例如，VGC 614(G-1)与客户接口606-1相连，VGC 616(G-2)和VGC 622(G-5)与客户接口606-2相连，VGC 618(G-3)与客户接口606-3相连，VGC 620(G-4)与客户接口606-4相连。这些VGC中每一个都可以由节点620的交换环境单独处理，进行整形、路由选择、准备、调度、监管和其它业务量工程方面的处理。
在节点602的出口侧，VGC业务量可以根据接入网络600的终端间通道配置的不同，在任意数量的接口上传送。例如，在COT节点602和RT节点604之间有一对通道610和612，其中与VGC 614和616相关的业务量在路径610上传输，与VGC 618、620和622相关的业务量在通道612上传输。图6B示出了与路径612支持的所有连接相关的带宽/资源管道的例示性表示。G-3、G-4和G-5区域图示出分配给这些组的资源的数量，剩余交叉平行线阴影区域代表了接入网络运营商直接管理的连接所占用的资源空间。再次参看图6A，其连接被捆绑在一起组成G-1 614的多个用户624-1到624-N由RT604提供服务，后者在其与路径610相连的入口接口接收G-1组。
图7给出了例示性接入网700，其中VGC捆绑功能可以作为COT节点702的一部分提供，该COT节点702为多个ISP 706-1到706-K提供服务。与接入网700相连的网络管理者716负责管理和提供VGC束，每个客户(也就是ISP)管理其自身VGC及为此进行的资源分配。每个ISP通过他们之间的适当的链路，例如DS-3或OC-3链路，与COT通信。标号710-1到710-K代表了客户和接入网的COT之间的例示性高速链路。TDM网络712也可以通过路径714连接到COT，路径714包含DS-1或STS-1链路。多个RT节点，例如RT 704-1到RT 704-M通过如前所述用于承载VGC束的链路连接到COT节点702。优选地，这些终端间链路实现为OC-12速率的高速冗余链路，例如链路722和724。COT和RT节点通过控制链路718和720-1到720-M与网络管理者716进行控制通信。每个RT节点服务于多个用户，这些用户使用以不同技术，例如POTS、xDSL等技术实现的接入环路，采用已知和迄今未知的介质(例如铜线、光纤、无线和类似介质)。例如，标号726-1到726-N代表了RT 704-1所服务的用户线接口，标号728-1到728-P代表了RT 704-M所服务的用户线接口。
图8描述了COT节点702的高层功能框图，它示例性说明了可以用于提供VGC的连接管理(CM)体系结构。为了便于说明，COT节点702通过传输卡810连接到传输网704，通过线路卡812连接到接入环路部分806。交换设备板808包括ATM交换设备703和CM服务器814。多个连接资源，例如带宽、连接数量、VPI/VCI范围、缓冲器、处理器资源等等，以与交换设备板808相关联的资源池块818的形式图示出。
节点702的公共控制块820包括CM客户端822和业务提供数据库824。与连接相关的消息发送在CM客户端822和CM服务器814之间通过路径826实现。交换板808上的CM模块充当客户端-服务器体系结构中的服务器，它与本地资源818，例如队列、VPI/VCI池、带宽，以及远程资源，例如线路板交互，服务于来自多个客户端的与连接相关的请求。VGC提供消息可以从网络管理者转发给包括前述客户端-服务器配置的接入节点的CM层。可以维护客户级与VGC的关联，这可以通过在数据库824中适当的资源分配来提供。
现在参看图9，其中给出了提供按照本发明的教导进行捆绑的VGC所涉及的操作的流程图。网络管理者请求对多个VCC、VPC或者两者兼有捆绑成束作为虚拟组(框902)。请求由这组识别的连接(也就是VCC和VPC)共享的资源池(框904)。之后，该资源池与这组识别的连接相关联(框906)，将这组连接作为单个连接实体(也就是VGC)进行管理。
基于前面详细描述，应当理解，本发明有利地提供了创新的ATM连接层次，它减少了管理复杂度，增加了资源提供的公平合理性，并且支持客户友好的利润模型。通过有效利用接入网络运营商提供的独立的组资源，客户可以更为专注于进行他们自己的客户管理。
通过前面的详细描述，相信本发明的操作和构造已经很清楚。示出和描述的本发明实施方式是例示性的，应当理解在不偏离后附权利要求书所提出的本发明范围的前提下，可以作出各种变化和改进。

Claims (10)

1.一种用于分组异步传输模式连接的虚拟组连接装置(614)，其中，虚拟组连接装置又称为“VGC”装置，异步传输模式连接又称为“ATM”连接，该虚拟组连接装置包括：
多个又称为“VPC”的虚通道连接，每个VPC具有至少一个又称为“VCC”的虚信道连接，
一个连接资源池，包括一定范围的虚通道标识和一定范围的虚信道标识，所述连接资源池与所述多个VPC共同相关联，以及
所述多个VPC作为与单个客户(606-1)相关联的单个连接实体进行管理，所述连接资源池的资源是所述客户专用的，并且所述客户(606-1)管理其自身的VGC装置(614)和资源分配。
2.按照权利要求1的用于分组ATM连接的VGC装置，其中所述客户管理其内部用户连接，而不需要与接入网络提供商协调所述客户的操作。
3.按照权利要求1或2的用于分组ATM连接的VGC装置，还包括多个与所述多个VPC分离的VCC，所述连接资源池包括所述多个VCC。
4.按照权利要求1或2的用于分组ATM连接的VGC装置，在接入节点(702)中的ATM交换设备(703)中建立所述多个VPC。
5.按照权利要求1或2的用于分组ATM连接的VGC装置，其中所述连接资源池包括一定量的带宽。
6.按照权利要求1或2的用于分组ATM连接的VGC装置，其中所述连接资源池包括一定量的缓冲空间。
7.按照权利要求1或2的用于分组ATM连接的VGC装置，其中所述连接资源池包括处理器资源。
8.按照权利要求1或2的用于分组ATM连接的VGC装置，还包括用于指定预定数量的ATM连接作为所述单个连接实体的装置。
9.按照权利要求1或2的用于分组ATM连接的VGC装置，其中所述单个客户是因特网服务提供商，又称为“ISP”。
10.按照权利要求1或2的用于分组ATM连接的VGC装置，其中所述单个客户是竞争性本地交换运营商，又称为“CLEC”。
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