CN1072869C - 数字电信系统中数据保护的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本系统包括至少一个数字交叉连接器，以双向的方式经东和西发送端口及换收端口与该网络的东和西路由通信。该交叉连接器经东和西路由播广播数据，并经两路由之一接收返回的数据并就硬差错条件和过量差错率监控被接收数据的差错状态，通过分布式处理器与该端口通信。若发生差错，交叉连接器利用接收端转换器把数据盲转换到不起作用端口或执行起点转换，可使交叉连接器中的端口分配的灵活性得到改进。

Description

数字电信系统中数据保护的方法和系统
本发明属于数字电信领域，尤其涉及该领域中的监控和冗余方案。
如本领域的人们所知，近年来，在电信系统方向已经取了重要的进展，特别是在能够用于信息通信的传输率方面。现代数字电信系统和通信媒体提供了很高的带宽，例如由DS-3数据帧标准提供的44.736Mbps。此外，普通的光缆和系统通过时分复用能够提供更高的带宽和数据速率，这种时分复用多达12条DS-3线路，具有多达536.8Mbps的带宽。
这些在数字电信系统中可使用的极高的带宽使得能够以高速进行大容量数据通信。由于话音传道需要很小的带宽(每个信道大约4kps)，所以大量的话音信道可以经一条单一通信线路以时分复用的方式进行通信。上述可用带宽还能实现计算机至计算机的大规模数字数据的分组通信，以及表示其它媒体例如视频显示的数字数据的通信。
然而，不同于话音传输，在话音传输中能够容易地容忍一些差错信号而不会使信息受篡改，但计算机中数字数据的成功传输则需要高可靠性和高质量的传输。因此，随通常的数字交叉连接器提供了“性能监控”(通常称作“PM”)，利用它通过循环冗余码校验(CRC)和其它通常的编码技术对被接收数字数据的差错率进行监控。上述性能监控被用于确保服务的所需等级，而这些所需等级是为了高质量和低差错率通信付了保险费的那么电信用户所期望的。
通常的电信系统一般也提供一些冗余量，以便电信线路或网络部件的故障不致导致通信消息的丢失。通常的具有性能监控的电信系统提供了某些告警条件，利用这些告警条件通知操作人员注意例如“信号丢失”事件和超过各种阈值的差错率。为此，操作人员可以手动转换到备用线路，以便在该系统中再次能够进行数字数据的通信。当然，产生告警情况的过程和将输入/输出端口人工转换到其它线路是不可能快速实现的。
作为进一步的背景技术，常规的光纤终端(一般称作FOT)利用少量的自动交换为系统中光纤线路提供有1∶1的冗余度。按照这种1∶1的冗余方案，对带宽的附加部分进行监视，以确定是否收到信号丢失(“LOS”)或告警指示信号(“AIS”)条件。在这种FOT 1∶1冗余方案中，当接收到一个LOS或AIS信号时，尽管第一光纤线路失效该FOT将自动地转换其传输到两条光纤线路的另一条中，使得仍然能够进行数据的传输。
图1示出了常规1∶1冗余光纤线路1E、1W，中作为由常规光纤终端(FOT)3接收的带宽。在这个例子中，光纤线路1E、1W中的每一条都属于OC-12型，并且其本身12条DS-3线路以时域复用的方式进行双向通信。如图1所示，DS-3通路占具了大部分带宽。根据常规的标准，由光纤线路1E,1W进行通信的带宽的剩余部分被留给线路数据，例如帧和同步信号，帧识别信号、以及那些例如指示在该系统中哪些地方出现故障的LOS和AIS信号。由于带宽的这一线路数据部分不携带任何业务数据，所以它也被称作附加部分。为了与12条单独DS-3线路进行通信，光纤终端3能够对送到和来自光纤线路1E,1W之一的数据进行复接和分接。
按照常规的1∶1冗余方案，常规的FOT3监视该线路数据，并当接收到指示一线路故障的信号时，在光纤线路1E,1W之间转换通信。然而，除了LOS和AIS情况以外的许多情况是不能够被要求高质量通信的电信用户所接受的，特别是在计算机数据将要被发送的接收的场合。这些其它条件可能不至于达到引起线路(即沿该纤线路进行通信的所有信道或“通路”)丢失的程度，但可能引起该线路内单独通路的硬件故障。这些其它情况的例子包括帧失(“LOF”)和“软”差错，在这些“软”差错中一特定通路已经历了多个差错/秒的高速率。仅由常规的FOT3对线路据进行监视并不能对这些其他通路相关条件提供能见度，因此图1的冗余方案不能提供某些用户所需的高水平保护。这样，通常的FOT3仅提供了线路保护，并因此需要仅根据业务量的需求对可用光纤容量加倍，以建立这种线路保护。因此，在上述情况中，系统光缆的利用率是相对低的。
为此，本发明的一个目的是提供一种用于数字电信系统的提供数据(facility)保护的方法和系统，它监视通路数据，并在硬和软差错两种情况中提供自动转换。
本发明的另一个是提供一种用以在对于一故障通路的第一和第二线路之间转换时间极短例如大约50ms或更少的场合提供数据保护的方法和系统。
本发明的又一个目的是提供一种可在现存交叉连接设备中容易实施的方法和系统。
本发明的再一个目的是提供这样一种方法和系统，在该系统内阻塞的可能性被大大减小了。
本发明还有一个目的是提供一种在数字交叉连接中以分布方式工作的方法和系统。
本发明又有一个目的是提供这样一种方法和系统，在该系统中软差错率阈值可以被修改。
本发明再有一个目的是提供这样一种方法和系统，在该系统中光缆的利用率可以被显著地提高。
本发明另有一个目的是提供这样一种方法和系统，在该系统中不同类型的传输媒介(例如微波和光波)可以提供相互保护。
对于本领域的技术人员来说，结合附图参照下面的描述后本发明的其它目的和优点将会变得更加清楚。
图1示出在一常规光纤终端内用于通信的带宽、线路和通路数据。
图2以方框图形式示出可以使用本发明优选实施例的电信系统的电路图。
图3以方框图形式示出了以装备本发明优选实施例的数字交叉连接系统的电路图。
图4a和4B是数字交叉连接的矩阵图，它示出了本发明的一个第一实施例的操作。
图5是一个说明本发明第一实施例的流程图。
图6a至6c是数字交叉连接的矩阵图，它示出了本发明第二实施例的操作。
图7是一个说明本发明第二实施例的流程图。
本发明可以实施在数字电信系统中，在数字交叉连接中通过分布式故障检测和设备交换提供数据保护。根据本发明，每条线路具有分配给其的三个端口(首部、东和西端口)，对系统一侧的东和西端口提供保护，并具有1∶1的冗余度。在该东和西端口(即，数据)的接收通路上对AIS,LOF和降质信号情况进行监视，当接收上述情况时，该数据被盲转换到替换的备用(东或西)端口。降质信号阈值最好不同于在常规性能监控引起测试事件的降质信号阈值。按照本发明的第一实施例，对于一个数据的东和西端口是处在交叉连接中相同的逻辑组内，在发送端(第三级)允许的无阻塞方式进行桥接。按照本发明的一个第二实施例，根据使阻塞最小化的算法，通过对起点端口的发送侧进行移动故障监控克服该逻辑的限制。
首先参照图2，对一个数字电信系统的例子进行描述，在该系统中使用了本发明的优选实施例，可以理解，图2的系统仅仅是通过实例的方式来进行表示，本发明可以与其它系统结构结合，并具有如图2的系统中所提供的同样水平和益处及优点的价值。
图2的系统是一个长距离电信系统，在该系统中数字交叉连接器2和4经大约数百英里的距离与另一个数字交叉连接器进行双向通信。数字交叉连接器2和4具有常规的结构，并最好是由Alcatel网络系统公司制造和销售的1633 SX数字交叉连接器。虽然图2在每个交叉连接器2、4中示出了两个单独的端口，以冗余的方式相互进行通信，但是，当然很好理解，每个交叉连接器2,4能够支持多个端口，例如可以达到大约2048个端口。由交叉连接器2,4服务的端口可以以图2所示的方式彼此进行通信，或可以与其内装有交叉连接器2、4的整个电信系统中连接其它交叉连接器的另外的线路进行通信。
在图2的典型系统中，数字交叉连接器2、4沿冗余路由以双向方式彼此进行通信。第一双向路由(东)是在交叉连接器2的I/O端口6E和交叉连接器4的I/O端口8E之间，该路由包括与每个端口6E、8E在接的DS-3线路17。东路由还包括其间连接有光缆13的两个光纤终端(FOT)10；在光缆12内以常规的方式提供有一个中断器11。两个FOT10可以具有常规的结构，例如，上面所述相应于图21的结构只是本发明允许取消1∶1冗余线路的保护功能。如大家所知，现代光缆能够以大大超过单一DS-3线路的容量进行数据通信。因此，多路DS-3线路7可以由每个FOT10来接收，以便以时分复用的方式沿光缆13进行通信。
在图2系统中的第二路由(西)是在各自交叉连接器2、4的端口6W和8W之间。这两个例子中，西路由包括两个徽波终端14，它们接收来自交叉连接器2,4的DS-3线路并利用徽波传输线路5彼此连接。因此，本发明可被用于不同类型的传输媒体，以便微波传输能够为光缆提供冗余度；当然，冗余路由可以是光纤，微波或任何其他常规的媒体。
图2示例性系统是一个“开放”系统，在该系统中通信并不仅限于交叉连接器2、4的业务。例如可以通过FOT10微波终端14从数字交叉连接器或该系统中的其他源接收DS-3线路17′，如图2中所示。此外，其它常规的网络部件，例如增加/逆减框(add/drop box-es)和类似的部件，当然也可以保留在图2的系统中。
东和西路由相对侧上的数字交叉连接器2、4的端口以常规的方式被连接到本地系统；这些端口在现有技术中以及下面被称“首”端口。上述连接可以经由DS-3线路或其它常规的通信信道实现。
如图2所示，传输是通过每个交叉连接器2、4从其首端口到东和西端口来完成，实现如本领域公知的一种“首端桥接”。然而，每个叉连接器2、4在任何给定时间仅从其东和西端口之一接收信息。在图2的子中，交叉连接器2、4分别从其东和西端口6E、8E接收信息；在本实例中，西路由是第二路由。如在下面将要进一步描述的，在监测到硬或软故障或错误情况的事件中，本发明在交叉连接器2、4内执行肓接收端转换。
现在参考图3将对本发明优选实施例的交叉连接器2的结构进行描述(交叉连接器4最好具有类似的结构)。如上所述，交叉连接器2的最佳结构是按这样的方式设置，即其计算和交换处理能力是被广泛地分布的，如由Alcatel(阿尔卡塔尔)网络系统司制造和销售的1633 SX交叉连接器一样。因此，图3所示的交叉连接器2的结构与1633 SX交叉连接器系统相对应。
交叉连接器2包括管理处理单元(APU)12，它是该系统内部的中心数据处理器。APU 12直接与常规的存贮和输入/输出功能元件例如随机存贮的存贮器21、硬盘存贮器23、磁带驱动器25、和用户接口19相连接。APU12还与总线BUS连接，该总线BUS可以包括该系统内的一条或多条信息通路。APU12的功能是在一个相对当高的量级上管理交叉连接器2的运行，并提供和交叉连接器2提供的交换操作相应的用户控制和能见度。
交叉连接器2还包括多个与总线BUS连接的分布式处理器、如图3中所示的接口处理单元(IPU)16、18。每个IPU 16、18都是一个相对复杂的数据处理单元，包括一个普通的可编程微处理器(或者常规的逻辑电路)，它具有相当的复杂性的性能的执行下面描述的功能。每个IPU16是为了控制与双向DS-3端口相应的输入和输入和输出功能元件的，这样，当其被设置在如图2所示的系统中时，它们将控制交叉连接器2的首部、东和西部口的操作。为了建立这种功能，每个IPU16都与第一/第三矩阵级单元20中的一个相联系并进行双向耦合。在这个例子中，每个第一/第三级20都包括交换矩阵(将在下面描述)的一部分，和适当的用以提供皿个DS-3端口的收发信机电路。
对于本发明的这个实施例，交叉连接器2以根据公知的Clos矩阵的一种改进型实现的方式起着一种数字电信转换器的作用。一种在交叉连接器2中使用的必进的Clos矩阵的优选型在申请号为882.920，申请日为1992年5月14日，申请人为E.K Boxwden，发明题目为“用于立即连接和接地次转换数字交叉连接器网络和方法和系统”，并已转让给Alcatel网络系统公司的未批准专利申请中进行了描述，这里作为参考。按照这种矩阵的实现方式，首部端口到东和西端口的转换是通过一个三级矩阵来完成的，首部端口耦合到第三级，而东和西端口耦合到第一级。经一个被选择的与第三级和所需的第一级耦合的中心矩阵级完成上述转换操作。
按照交叉连接器2的这个例子，IPU18各个都耦合到总线BUS和相应的中心矩阵级22。因此，IPU16、18以一种分布式方式通过把适当的第一矩阵级设置在第一/第三级20的一个中，与一个所选的中心级22进行通信，控制上述转换操作(即无需从APU12介入)，中心级22被依次设置与第一/第三级20之一中的一个第三级矩阵进行通信。每个第一/第三级20和中心级22最好按照各自的应用特定集成电路(一般被称作ASIC)来实现，分别由其相应的IPU16,18控制，并与它们进行通信。
正如本领域的人们所公知，述语“通路”指的是以时分复用方式沿“线路”进行通信的数字数据信道，因此，一条“线路”包括许多通路以，及成帧和其它涉及线路状态、同步和类似情况的信息。也还如本领域人们所公知的，术语“Facility”指的是当通过转换器或交叉连接器对其接收时的通路数据。由这里的描述，人们将会清楚，本发明想要为电信提供数据保护，其特征在于，对各个数据进行到监控和转换，从而为各个通信提供冗余而无需为整个线路提供转换冗余。当然，本发明也具有保护不受线路故障影响的能力。
本发明的优选实施例将更加详细地对交叉连接器2、4在提供数据保护方面的操作进行描述。应该认识到，一个系统包括交叉连接器2、4中单独一个，具有下面描述的数据保护方案(具有通常的交叉连接器、交换系统和网络剩余部分中的类似元件)也可以具有本发明的优点。因此，一个需要由本发明提供高速数据保护的用户可以在其接收交叉连接器上实现上述的情况，而无需考虑该系统中在别处的转换器的类型，只要每个被保护的数据能够在一冗余端口被接收到。
零阻塞快速数据保护：
参考图4a、4b和5，将对按照本发明的第一实施例的数字交叉连接器2在提供数据保护方面的操作进行详细的描述。根据APU12和IPU16、18的操作，该方法最好由计算机程序来实现。可以预料，根据下面的描述，本领域的普通技术人员将会很容易地把下文描述的方法应用到数字交叉连接器中，而无需过多的实验。
图4a以矩阵的形式示出了作为一种单一双向通路实例的基本形式在交叉连接器2中具有东路由的转换路由。在传输侧，通过第一/第三级20的输入首部端口H1(对于从本地到系统的数据起着Clos矩阵的第一级的作用)从交叉连接器2的本地侧接收该通路，并通过中心级221与第一/第三级20n进行通信。对于从本地传到系统的数据，第一/第二级20n起着Clos矩阵的第三级的作用，并且对于相应于输入首部端口H1的通路的传输，它广播到东和西端口E0和W0按照本发明的这个实施例，对于一给定通路的东和西输出端口E0、W0。将由相同的第一/第三矩阵级20n这个例子中，由相同的ASIC控制)，以使避免由于广播导致的阻塞情况。
因此，从本地侧在输入首部端口H1接收的通路数据总是被转换到(和广播到)东和西输出端口E0、W0。这种第三级广播使得在根据本发明的数据保护方案中使用的盲接收端转换成为可能。
在通路的接收例，第一/第三级201在正在工作的东端口E1从该系统接收一个数据(这对西路由在该系统中为第二级路由)。该数据经中心级12m被放送回到第一/第三级201，并被介绍给输出首部端口H0。应该注意，在这个例子中，由于每个第一/第三级20能够为多个端口服务(无论是首端，东或西端口)，所以输出首端口H0是处在与东和西输入端口E0、W0一样的第一/第三级201中；然而，按照本发明的这个实施例，输出首端口H0可以在与其相联系的、与东和西输入端口的第一/第三级20不同的第一/第三级20中，按照本发明的这个实施例，如下面将要描述的，当一个硬的或软的故障事件发生时，第一/第三级201将工作把从东输入端口E1接收的数据转换到由西输入端口W1来接收。
当然，虽然图4a示出了一个通过交叉连接器2的单一双向通路，但是，对于其正服务的每个正起作用的通路端口来说，类似的转换和连接通过交叉连接器2来实现。在1633 SX交叉连接器的例子中，被并行处理的端口和通路达到2048个。
图5是按照本发明第一实施例的一个流程图，用来说明对由交叉加接器2执行的功能进行监控和转换的数据保护的操作。对于在其端口从该系统接收数据，即对于在其相应的第一/第三级20的东和西输入端口E0、W0接收的数据，图5所示并在下面描述的功能由每个IPU16来执行。因此，每个IPU16在其相应的第一/第三级20中的作为作为输入端口接收数据进行监视，并能够完成必要的转换以提供保护。
按照本发明的这个实施例，硬的和软的差错或故障情况可以启动保护转换到第二级冗余输入端口。参考图5，由步骤24开始执行对硬差错的监视，在该步骤中，对与一个IPU16相应的每个有效端口E0、W0进行扫描，以确定是否已收到一个硬差错信号或条件。步骤24执行的扫描是接收硬差错信号的第一/第三级201执行的一部分(就输入端口E0,W0来说)。在本发明的这个例子中，可以起动转换的硬差错情况如下：
AIS：告警指示信号
LOS：信号丢失
LOF：帧丢失LOS和LOF信号是公知的通路和线路数据信号，利用这些信号对数据的丢失进行检测。正如本领域的人们所知，当一网络部件检测到来自一“上游”网络部件的告警情况时，将由它产生该AIS信号；这样导致仅产生一个单独的告警信号以简化校正作用，因而能够比如果每个网络部件都传递一个告警信号更加容易检测到故障的位置。步骤25确定是否由步骤24的扫描检测到任何一种硬差错信号；如果是，则控制进到步骤31以完成下面将要描述的数据保护转换。如果在步骤25没有检测到硬差错，则进入特定通路的等待状态26，直到经历了被指定的周期(例如20ms)，此后步骤24的扫描重新开始。执行有效端口扫描的频率基本取决地在一硬故障的事件中被保证的转换时间。例如，如果设施保护将在一个短时间内完成，则必须保护该扫描周期充分的短，以使使该扫描周期的总和加上转换所要求的时间不大于给定的转换时间。在这个例子中，转换时间规定是50ms(最大),20ms的扫描周期允许最多到30ms，以响应硬故障完成数据保护。
在步骤26，软差错情况也通过每个IPU16在其相应的有效输入端口进行监视，但以很低的频率进行。如将在下面进行描述的，该软差错条件涉及被检测的超过一时间周期的出现差错的次数，因而，对于软错阈值交叉的检测，象在一个硬差错状态的情况下，不出现上述的紧迫现象。下表提供了软差错阈值的一个例子，根据这些阈值可以起动数据保护转换：
15分钟内10个出错秒(ES)；或者
1小时内864ES；或者
24小时内4个严重出错秒    (SES)这里，ES被定义为在其内检测编码拢乱的任何一秒，而SES被定义为在其内检测到大于44个编码扰乱的任何一秒(即，一个大于每秒10-6个差错的差错率)
应该注意，按照本发明的这个实施例，在步骤28检测的软差错阈值在类型和程度上不同于常规的性能监控阈值。首先，以此启动数据保护转换的阈值差错率一般将不同于常规的性能监控的阈值差错率(通过其确定服务的等级)，并且通常将处于更严格的等级，以便数据转换可以被用于避免数据的服务等级的降低。此外，启动数据保护转换的阈值差错率是可控制的，允许系统操作员经APU12通过调整该阈值增加或减小数据转换的灵敏度。第二，对于数据保护当与软差错阈值交叉分开地对几种硬差错情况(LOS、LOF、AIS)进行监控时，在上面表中的阈值定义纯粹是由地编码扰乱导致的出错秒不包括由于LOS或AIS条件(这些条件包括在通常的出错秒定义中)存在导致的出错秒。
回来参照图5，由IPU16在第一/第三级20中其有效的输入端口的每一个上执行步骤28和29(例如在每个输入端口E1)，以确定是否超过了软差错阈值条件之中的一个。控点设在输入端口以确保只有该数据中的差错条件(不是由于该矩阵导致的差错)被用于实现保护转换。如果没有超过软差错阈值条件，在下一个阈值交叉检测操作执行之前，收进入等待状态34，直到渡过一个预定的周期(例如1秒)。
如果在步骤29检测到了一个软差错阈值交叉，收根据本发明该实施例的方法将执行另外的决定，以确保如果对数据进行转换，其结果将不能比引起该转换的结果差。在步骤30,IPU16首先确定是否该“配对”端口(即与在步骤28中检查的端口相对的东或西端口)在其最为新近有效的时间期间最近已与任何软差错阈值交叉。这种确定由IPU16根据来自其配对端口的定监测来执行，所述的恒定监测既使对于无效的端口也是连续的，这样，按照本发明的这个实施例，APU12是不必介入转换处理的。如果没有检测到软差错阈值交叉，则控制转到步骤31以完成所述的转换。如果该配对端口的阈值已被交叉，则IPU16对该配对端口的并值已被交叉，则IPU16对该配对端口的历史进行分析，以确定是否其服务等级高于已被检查的；如果是，则再次启动转换。如果在配对端口的服务等级不够好，则控制返回到等待状态34；由于转换到配对端口将不会改善该数据的差错率，所以在这种情况下不执行数据转换。
应该注意到，如果检测到一种硬故障(LOS、LOF、AIS)，则将不执行如步骤30、32执行的配对端口的阈值交叉检查。这是因为最好是使出错数据通过一硬故障信道；因而，由于这种转换的完成与差错率无关，所以在硬件故障的情况下，配对信道的差错率状态是不重要的。
当进入该方法的转换部分时，既可以是由于硬差错(根据步骤25)，也可以是由于软差错率阈值交叉(根据步骤29、30、32)，在步骤31,IPU16首先确定是否启动自动转换功能。如果为否，该系统返回到监控状态(经步骤40)，在该监控状态，步骤24、28的扫描和检查被再次周期地执行。为了避免振荡，最好是每个IPU16都对其接收的每个数据的转换频率进行监视，当对于过量的转换频率(例如，在10分钟内大于4次转换)进行检测时，则不能对数据进行自动的转换。在一规定的周期结尾(例如一个24小时的周期结尾)，可由人工或自动地实现自动转换的再次启动。
如图2和4a所示，按照本发明的这个实施例，每个数据总是在东和西两个端口上被广播。因此，在转换过程阶段(当能启动时)，通过由IPU16来检查配对端口上的输入数据来执行步骤33，以确保在此接收的数据是可实用的，如果不是，该系统经步骤40返回监控状态。由步骤33在配对端口(在图4a的例子中，第一/第三级201的端口W1)执行的检查是通过在一时间周期期间(例如大约10ms)对由该配对端口接收的数据进行监测实现的，以确保不出现硬故障。如果该配对端口的输入数据在起作用，则执行步骤36以实现一种盲接收转换。
接下来参考图4b，按照本实例的交叉连接器2的矩阵条件在步骤36的盲转换之后进行说明。图4b示出了第一/第三级201在西输入端口W1正从该系统接收数据，以及通过中心级22m把该数据到第一/第三级201的首输出端口H0。因此，回来参考图2，交叉连接器2现正经过西(微波)路由从交叉连接器4接收数据，对于东(光纤)路由来说，上述的西路由是第二级路由。
当步骤36的转换完成时，IPU16把该转换通知给APU12(步骤38)，以便系统操作员经监控功能元件和APU12的接口可观察到该转换事件。除了通知转换事件和受影响端口以外，IPU16可以通知诸如象转换的起因这样的信息(即硬或软差错)。然后该系统经步骤40返回到控制状态，并且对于经西路接收数据周期地重复图5的步骤。
本领域的人们公知，数据故障工常是由于线路切断，例如，如果在楼房和其它施工期间将一光缆切断，则会发生这种故障。当然，对于所有的那些经该被切断线路通信的数据来说，这种线路切断将作为一种LOS或AIS条件(取决于切断发生的位置)显示给交叉连接器2、4。由被切断线路承载的每种数据的转换可以通过图5的步骤的一种单独的方式来实现。然而，一旦检测到线路切断，通过避免大部分的决策时间可以极大地减少转换时间，尤其是需要一个10ms监控周期步骤33的配对端口检查。
与一条被切断线路相关联的那些数据的多重转换最好是在IPU16对由一被切断线路导致故障进行检测，完成上述的10ms配对端口监测周期时再执行。当这种监测步骤完成时，该IPU检查所有在其控制下的端口，以确定哪个端口(如果有的话)对数据是有效的东或西端口。然后IPU16将执行图5的步骤，以便在放弃控制之前检查其端口中每个作为有效的东或西端口的硬故障，并且在这些端口的输入数据的检证之间没有20ms扫描等待时间(步骤46)。这样，由一线路故障(例如线路线断)影响的多个数据的整个转换时间被大大地减小。
当然，从上面的描述表明，本发明的这个实施例的数据保护转换方案是单一方向的，因为当检测到故障条件时，它执行一种接收端转换。如上所述的关于线路的切断情况，许多数据故障是由于影响两个方向传输的事件产生的(明显的例子是线路被切断)。在该系统中那些其它的具有上述数据保护性能的交叉连接器将同时执行与交叉连接器2的功能一样的监控和数据保护转换。因此，如果交叉连接器2、4这样配置的话，按照本发明的这个实施例执行的单一方向数据保护转换将以一种双向方式来执行(即通过该线路的两端单方向的转换)。
本发明的这个实施例以一种“盲方式”提供数据保护转换也是明显的，按这种方式，要求不与该系统的其它终端进行通信，以便实现所述的转换。这样，这种盲转换提供了快速和可靠的数据保护。此外，这种监控和转换功能的分布性质(由IPU15局部地执行而不是人工地响应一个中心处理器)允许数据保护被以一种非常快速的方式执行，例如距一硬差错故障的发生时刻大约不到50ms。因此，本发明为用户，特别是那些要求高服务等级的用户，提供了一种高等级的保护。最后，作为在数据级而不是线路级执行的保护方案，在过量差错率情况下，数据保护利用本发明是有效的。
此外，上述的涉及图4a、4b和5的本发明的实施例以一种确保阻塞的方式提供了数据保护转换，这是因为向冗余端口的广播在第三矩阵级(见图4a的第一/第三级20n)中执行，而接收转换在第级中执行。这就要求对于一给定通路、东和西输入端口必须实际是在同一输入/输出“机架”内，即由同一IPU16控制；类似地，对于一给定的通路，东和西输出端也必须被设置在同一输入/输出机架内。这种结构不仅是无阻塞的，而且也是容易实现的；在该实例中，由于东和西输入端口E1和W1处于同一ASIC中，由相应的IPU16的一个单一写操作就可实现接收端转换。
本系统包括光纤线路，本发是还替换了常规的FOT(见图1)的1∶1线路保护。这样，冗余光纤线路可以用于载波业务，或者根本没有必要被提供。此外，非光纤线路也可以用于光纤线路的冗余第二级路由。这样，通过本发明在光纤传输网络中实施极大地改善了光纤线路的利用率。
灵活端口分配的快速为数据保护：
现在将本发明的第二实施例进行描述，在该实施例中，出现在本发明第一实施例中的对地东和西端口的分配的限制得到克服。本发明的第二实施例在第一实施例所具有的优点上又增加了额外的优点，特别是使得不具有对一指派给同一输入/输出机架的通路的东和西端口的现有系统能够实施数据保护转换方案。本发明的附加优点在于它允许在新装配的系统中其端口的分配和安排具有灵活性。
如第一优选实施例的情况一样，按照本发明的第二优选实施例的方法，根据APU12和IPU16、18的操作，最好由计算机程序来实现。可以预料，根据下面的描述，本领域的普通技术人员将会很容易地把下文描述的方法应用到数字交叉连接器中，而无需过多的实验。
按照本发明的这个第二实施例，作为该方法的开始的一个单一通路的例子，图6a是一个说明交叉连接器2的状态的矩阵图。如上所述，按照本发明的这个实施例，这个单一通路的东和西输入端口E1、W1不必被分配给同一第一/第三级20，因而也不必实际设置得相互靠近，或象上述有本发明第一实施例中那样设置在同一输入/输出“机架”中；类似地，东和西输出端口E0、W0一样也不必被限制在相同的第一/第三级20，因此，由于本发明可以在现有的数字交叉连接器的装配中实施，所以它是特别有用的。
如图6a所示，对于该通路来自交叉连接器2的本地侧的输入传输在首部输入端口H1被接收。在这上例子中，东输出端口E0处在与西输出部口W0(分别为204和20n)不同的第一/第二级20上。因此，从首部输入端口H1向东输出端口E0和西输出端口W0传输的广播不一定能在该矩阵的第三级上实现，而是可能必须在中心级22之一上实现，或者最坏的情况下(如同6a所示)在处在首部输入端口H1位置上第一矩阵级200上实现。
本领域的人们知道，对于需要的输出端口广播传输最好是在Clos矩阵的最后可能级上实现，以便使随后分配的端口的阻塞情况的可能性最大。因此，从首部输入端口H1到东一西输出端口E0、W0传输的广播最好是以使第一或第二矩阵级广播的频率最小的方式实现。这种方法首先将确定是否一个第三级广播有效，仅当第三级广播无效时，进行二级广播；仅当第三和第二级广播都无效时，才使第一级广播。
然而，还应该注意到，当按照本发明的这个实施例建立该系统时，要对东和西路由进行分配和保留。结果，可能遇到塞阻的时刻是当端口被加入以及它们的交叉连接矩阵路由被分配的时刻。如果提供的新端口导致一种阻塞情况发生时，该矩阵路由能够在系统构成期间很容易地重新设置，以清除这种阻塞情况。
此外，即便是对交叉连接器中相当大量的端口，其阻塞的概率也是相当低的。利用计算机模拟，已经计算出一个具有2048个端口的交叉连接器中的阻塞概率(如在上机引述的申请号为882,920，申请日为1992年5月14日，申请人为E.K Bowden，发明题目为“用于立即连接和再次转换数字交叉连接器网络的方法和系统”，并已转让给Alcatel网络系统公司的未批准专利申请中所描述的，这里作为参考)基本上为零，其中使用了70％或更少的有效端口，而33％的东/西端口对并不在同一四端口逻辑组(即对于用一第/第三级20)中进行分配，即使中75％的被使用端口设置具有上面所述的数据保护。由于90％的端口利用率和75％的被使用端口具有所提供的数据保护，所以计算出的阻塞概率将小于0.004％。因此，本发明的这个实施例将提供很大的设置灵活性，而即使是对大规模和忙的交叉连接器来说，也是增加极小的阻塞可能性。
在图6a的例子中，在双向通信的接收侧，最初的有效由是东路由。栋输入端口E1被设置在第一/第三级201中，它的传输经中心级221和第一/第三级203被送给到首部输出端口H0。如前所述，首部输出端口H0把该传递到交叉连接器2的本地侧。
在这个例子中，第二级不起作用的丁输入部口W0被设置在第一/第三级202，因此是处在一个与东输入端口E0的第一/第三级20不同的第一/第三级20中。西输入端口W1经中心级222与第一/第三级203连接，但由于在这一时刻西输入端口W1是第二级端口，所以在第三矩阵级内的第一/第三级203中不进行连接。
如上所述，每个第一/第三级20可以支持多个端口，例如4个端口。在该实施例中，第一/第三级203中的备用端口之一起着保护输出口P0的作用，保护端口P0不必能够进行业务通信，而是用地以上面描述的方式通过IPU16对本发明这个实施例的目的进行监视。
同样，按照本发明的这个实施例，APU12为每个东和西输入端口E1、W1都提供了一个状态寄存器42。这些状态寄存器42为相应的端口存贮某些由相应的IPU16收集的信息，这些信息或者包括导致一硬差错情况的最新近使用的端口信息，或者包括该端口对数据的成功接收是否有效的信息。
如图7中所示，按照本发明的这个实施例的方法包括多重扫描和检测操作，以便被接收的数据中检测硬和软差错情况。与本发明第一优选实施例相反，本发明的这个实施例的监视和转换功能是在设置首部输出端口H0的第三级上执行，因为这是唯一的在其内保证来自东和西输入端口E1、W1的业务将相遇的第一/第三级20。
对于图6a中所示的情况中的单一通路的例子，步骤44的执行是通过与第一/第三级203相结合的IPU16对硬差错情况在首部输出端口H0扫描输入业务，即上面所述的AIS信号(因为在该矩阵中通信之前，任何输入LOF或LOS信号都被转变为AIS)和由该矩阵自身产生的任何高速帧丢失条件来完成的。然后执行步骤45，以确定是否已检测到个硬差错情况；如果为否，进入等待状态步骤46，并且控制保留在那里直到渡过需要的扫描周期(例如20ms)，到那时，在首部输出端口H0重复步骤44的扫描。
如果在处理步骤44和判决步骤45中检测到一个硬差错条件，则执行判决步骤47，在该步骤中分配给该通路的不起作用端口的寄存器42(在这个实例中，SW1寄存器42用于西输入端口W1)被询问，以确定是否该不起作用端口处在一种差错状态中。如果状态寄存器42表示了该不起作用端口的一种差错状态，则数据保护转换将不会产生结果，因而控制回到监控情况(步骤60)。如果在判决步骤47询问状态寄存器42表明该不起作用端口不处在一种差错情况中，则控制转到步骤50完成数据转换。
处理步骤50在该通路的首部输出端口H0端完成数据转换，在这种情况下，这是由第一/第三级203来执行。如本发明第一实施例中一样，在交叉连接器2的这个例子中，上述转换是由相关的IPU来完成的，该相应的IPU16向其内实现第一/第三级203的ASIC中执行一个写操作。处理步骤50的起点转换完成以后，该矩阵的情况处于图6b所示的状态中，来自西输入端口W1的业务经第一/第三级202，通过中心级222被传递到通路第一/第三级203和首部输出端口H0。来自东输入端口E1的业务在第一第三级203处与首部输出端口H0切断。
由处理步骤50响应硬差错条件完成起点转换之后，判决步骤57使控制进到判决步骤59中检查在首部输出端口H0的信号，在这个例子中，以确保在西输入端口W1正被接收的数据是有效的。如果为否，执行处理步骤62，再次把首部输出端口H0连接到先前有效的输入端口E1，并且控制还回到监控状态。如果在先前不起作用的端口(例如西输入端口W1)处接收的数据是有效的，则步骤59将控制转到处理步骤58，在处理步骤58中，将转换事件，连同识别完成转换通路信息以及数据保护转换的理由一起报告给APU12。包括在处理步骤58的报告中的是先前有效端口状态寄存器42的更新，指示最新近使用的端口具有一种出划情况；此外，用于新起作用端口的状态寄存器也被更新，以指示它处于一种良好的状态。然后控制转回到监控状态(步骤60)，用于新起作用的端口。
仍然参考图7，现在对用于软差错率阈值交叉的监控和数据保护转换进行描述。如上述本发明的第一实施例的情况一样，软差错率监控是与硬差错扫描以交替形式执行的，但是以降低的频率进行。因此，在整个给定的时间周期期间，将对每一通路的硬差错事件以及软差错率超量进行监控。
按照本发明的这个实施例，在第一级对软差错阈值交叉进行监控；在这个例子中，相对于在东输入端口E1接收的编码扰乱，对第一/第三级201进行监视，相对于在西输入端口W1接收的编码扰乱，对第一/第三级202进行监视。于是，与这些端口相关联的IPU16以正在进行的事件为基础确定是否一软差错率阈值被交叉。被检查软差错率阈值最好与上述的与本发明第一实施例相应的那些阈值相类似，即在变化的时间周期期间，出错秒和严重出错的秒完全是由于编码扰乱导致的(即，不包括具有LOF、LOS、AIS情况的那些秒)。可将特定的阈值供给那些要求服务等级的值。
在接收端(第一矩阵级)的软差错阈值交叉的监控被用于周期地更新相应于起作用端口和不起作用端口的状态寄存器42。如将在下面要描述的，由于差错的原因这种信息被用在数据转换中。
如果一个数据的软差错阈值被交叉，则在沿其中心级22发送该数据之前，其IPU16在该数据的附加数据中插入一个相应于这个结果的状态。处理步骤48检查首部输出端口，以确定其接收的数据中的附加位是否表明一软差错率阈值已从有效输入端口进行交叉(在这个例子中，是东输入端口E1)。然后，根据处理步骤48的检查结果执行判决步骤49。对于该能路通路，如果没有超过软差错阈值，控制转到等待状态步骤52，待等检查周期的结束(例如400ms)。如果已超过软差借阈值，则通过对不起作用的端口的状态寄存器42进行询问执行判决步骤52，类似于用于硬差错的判决步骤47。此外，判决步骤53还询问状态寄存器42，以确定是否最近已超过用于不起作用端口的软差错阈值，以防止转换到一个也具有一种有效阈值交叉的端口；如果为其中任意一种情况，则不执行转换且控制转回到处理步骤60和监控状态。
如果该不起作用端口是可接受的(没有硬差错和没有软差错阈值交叉)，在处理步骤54，与第一/第三级203相关联的IPU16执行一个起点转换，把该不起作用端口连接到它的保护输出端口P0上。这种转换的结果在图6c中说明，它示出来自输入端口E1的业务仍传送到首部输出端口H0，而来自西输入端口W1的业务被到保护输出端口P0，然后，与第一/第三级203相关联的IPU16检查在保护端口P0的业务，通过检查在此接收的附加数据以确定是否西输入端口W1正报告有一个阈值交叉发生。当然，在该数据中出现的硬差错情况也将在处理步骤54中检测，例如LOS、LOF、AIS情况。
在判决步骤55，对处理步骤54的监控结果给予确定，如果与保护输出端P0新近耦合的不起作用端口不具有足够清楚的信号(例如一种硬差错情况或阈值交叉)，则不执行转换，并且控制转回到监控状态(处理步骤60)
如果新近连接到保护输出端口P0的不起作用端口的信号是清楚的，控制然后转到处理步骤50，利用该处理步骤50实现第三级起点转换，把先前不起作用端口连接到首部输出端口H0。在图6a至6c的例子中，通过IPU16使第一/第三级203把西输入端口W1连接到首部输出端口H0来实现上述和起点转换。由于一软差错率阈值的交叉导致的步骤50的起点转换的结果在图6b中示出。然后，保护输出端口P0还被释放，以便在与任何其它由第一/第三级203服务的首输出端口的连接中使用。
由于处理步骤50的数据保护转换是(在这种情况中)由于过量的软差错率(因为判决步骤55已确定是否来自新数据的阈值交叉已发生)引起，所以，判决步骤57直接把控制转到步骤58，以向APU12报告该起点转换，并对先前有效端口的状态寄存器42(指示超过软差错阈值)和新有效端口的状态寄存器42(指示一个良好情况)进行更新。然后，经步骤60，控制转回到监控状态。
如上所述，本发明的这个实施例提供的数据保护转换是单一方向的。因此，如果一个双向故障(例如被切断线路)发生，该系统中的其它交叉连接器，只要它具有相同的数据保护能力就将会作出类似的响应。此外，当然可以预料，本发明这个实施例所提供的监控和数据保护可提供给由一特定交叉连接器服务的话多端口，尤其是要求高服务等级那些端口，例如用于数据通信的端口。
如上述第一实施例的情况一样，本发明的这个实施例提供了在一硬故障情况下具有快速转换时间的数据保护的很重要的优点，上述转换时间大约为50ms或更少。此外，由本发明这个实施例承担的保护不仅能用于硬线路故障，而且可用于仅影响单一数据的硬故障，以及还可用于过量差错率超过一给定阈值的情况。在光纤网络中，可以取消1∶1线路保护并可改善用于业务的光纤线路的利用率。以单一的方向的方式提供这种数据保护，并使用不需要与该系统中其它交叉连接器进行们号交换通信的盲转换，这样，则相当简单且具有极快的速度。
除了本发明第一实施例具有的优点以外，本发明的这个实施例还允许在交叉连接器内端口的分配上具有高度的灵活性，因为一给定通路的东和西端口，每个都可实际地设置在交叉连接器内的任何位置上。因此，本发明的这个实施例特别适于现有的设备中使用，因为端口的分配不必再进行安排。
虽然，这里相应于其优选实施例对本发明进行了描述，当然可以预料，对于本领域的普通技术人员来说，参考本发明书及其附图对上述实施例作出改进和替换是显而易见的，这种改进和替换包含了本发明的优点和益处。可以设想，上述改进及替换是本专利权利要求所限定的发明的范围之内。

Claims (16)

1．在电信系统中通过交叉连接器(2)进行数据保护的方法，在所述系统中由交叉连接器(2)在第一和第二输入端口(EI、WI)接收来自第一和第二冗余网络线路(东、西)的数据，并将其传送到一个首部输出端口(H0)，其中该交叉连接器(2)具有与第一和第二输入端口(EI、WI)之一相关联的第一级(201)，与首部输出端口(H0)相关联的第三级(203)，并且中心级(221)用于耦合第一和第二输入端口(EI、WI)到首部输出端口(H0)，该方法包括：
在所述的第一输入端口(E1)监控(24、28、44、48)被接收的数据，以检测出错条件；和
响应检测的出错条件，把首部输出端口(H0)连接(36、50)到所述第二输入端口(WI)，以在此接收所述数据。
2．根据权利要求所1所述的方法，其特征在于，监控步骤包括：
在一个所选的时间周期间检测(28、48)被接收数据中的编码扰乱，所述的出错条件包括被检测的编码扰乱超过一个极限的数值。
3．根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的监控步骤还包括
在被接收的数据中检测(24、44)硬差错信号。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的交叉连接器(2)还包括与第一和第二冗余余网络线路(东，西)耦合，并从一首部输入端口(HI)耦合接收数字信号的第一和第二输出端口(E0、W0)，所述的方法还包括：
把所述的首部输入端口(HI)接收的数字信号在所述第一和第二输出端口(E0、W0)广播到第一和第二网络线路(东，西)上。
5．根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的交叉连接器(2)接照Clos型转换矩构造；
并且其中所述的广播步骤由所述转换矩阵的第三级(20n)执行。
6．根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的交叉连接器(2)接照Clos型转换矩阵构造；
并且其中所述的广播步骤由所述转换矩阵的第一级(20n)执行。
7．根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述监控步骤(24,28)在与所述第一输入端口(E1)相关联的转换矩阵的第一级(200)中执行；
其中所述转换步骤(36)在与所述首部输出端口(H0)相关联的转换矩的第三级(203)上执行，所述第三级(203)与所述第一和第二输入端口(E1、W1)相耦合。
8．根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述监控步骤(48)还包括：
检测到所说的差错条件后，把所述第二输入端口(W1)耦合(54)到一保护输出端口(P0)；和
在所述保护输出端口(P0)对数据进行检查(55)；
和其中响应在所述保护保护输出端口(P0)对数据进行监控(55)的步骤，执行所述的转换步骤(50)。
9．一种具有数据保护能力的交叉连接器系统(2)，其特征在于包括：
多个端口，包括用于从电信系统中的东和西线(东、西)接收数据的一个东输入端口(E1)和一个西输入端口(W1)，以及包括一个用于把在所述东和西输入端口(E1、W1)之一接收的数据向另一网络传送的首部输出端口(H0)；
一个中心处理单元(12)，耦合到一总线(BUS)上；
一个交叉连接器矩阵(20、22)，耦合到所述的总线(BUS)上；
一个与所述总线(BUS)以及所述东和西输入端(E1、W1)耦合的输入/输出处理单元(16、18)，用于把在所述东和西输入端口之一接收的数据连接到所述交叉连接器矩阵(20、22)，并用于对接收的数据进行监以检测差错条件，以及响应检测的错条件，用于把不同于所述东和西输入端口的另一个输入端口(WI)转换连接到所述交叉连接器矩阵(20、22)。
10．根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述交叉连接器矩阵为Clos矩阵型，具有第一级(20)中心级(22)和第三级(20)；
其中所述输入/输出处理单元(16、18)包括第一输入/输出处理器(161)，它与所述东和西输入端口(E1,W1)相关联的所述交叉连接矩阵(20、22)的一个第一级(201)相耦合，所述第一输入/输出处理器(161)用于把在所述东和西输入端口的一个有效端口(E1)接收的数据连接到交叉连接器矩阵的一个中心级(221)，并用于对接收的数据进行监控的检测差错条件，以及响应检测的差错条件进行转换，以把所述东和西输入端口中一个先前不起作用的端口(W1)连接到交叉加接器矩阵的中心级(221)。
11．根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述的输入/输出处理单元(16、18)包括：
一个与交叉连接器矩阵的中心级(221)耦合的第二输入/输出处理器(181)，通过所述第一输入/输出处理器(161)使第一级(201)与所述中心级(221)相耦合。
12．根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述交叉连接器矩阵为Clos矩阵型，具第一级(20)、中心级(22)和第三级(20)；
其中所述输入/输出处理单元(16、18)包括：
多个输入/输出处理器(16n,18n)；和
多个第一和第三级电路(20)，每个与所述多个输入/输出处理器中一个相关的输入/输出处理器相耦合；
其中所述东输入端口(E1)与所述第一/第三级电路(201)中的一个第一/第三级电路(201)相对应，并由所述多个输入/输出处理器(161,181)控制；
其中所述西输入端口(WI)与所述第一/第三级电路(202)中的第二个第一/第三级电路路(202)相对应，并由所述多个输入/输出处理器(162,182)控制；
以及，其中所述第一/第三级电路中的所述第一和第二个路(201,202)与所述首部输出端口(H0)相对应的所第一/第三级电路(203)的第三个电路相耦合，并由所述多个输入/输出处理器(163,183)控制。
13．根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述输入/输出处理器(161)中的所述第一个处理器在所述的多个第一/第三级电路的所述第一级电路(201)控制被接收数据的监控；
以及其中所述多个所述输入/输出处理器(163,183)的所述第三个处理器在所述第一/第三级电路(203)的所述第三个电路控制向所述东和西输入端口(WI)中的所述不起作用的端口转换。
14．根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述第一/第三级电路(203)的所述第三电路还包括一个保护输出端口(P0)；及其中，响应检测的差错条件，第一/第三级电路(203)的所述第三个电路把所述东和西输入端口(WI)中所述不起作用的端口转换到用于监控的所述保护输出端(P0)。
15．一个数字电信系统，其特征在于包括：
第一和第二传输线路(东、西)；
一个第一交叉连接器(2)，它包括：
多个端口，包括用于分别从所述第一和第二传输线路(东、西)接收第一数据的第一和第二输入端口(E1、W1)，以及包括一个用于送出第一数据的首输出端口(H0)；
一个中心处理单元(12)，耦合到总线(BUS)上，
一个交叉连接器矩阵(20、22)，与所述的总线(BUS)耦合上；
一个与所述总线(BUS)以及所述第一和第二输入端口(E1、W1)耦合的输入/输出处理单元(16、18)，用于在所述第一和第二输入端口之一接收的数据连接到所述交叉连接器矩阵(20、22)，并用于对第一数据进行监控的检测差错条件，以及响应检测的差错条件进行转换，以把所述第一和第二输入端口(E1、W1)中的另一个输入端口连接到所述交叉连接器矩阵(20、22)。
16．一种为电信系统提供线路保护的方法，所述系统包括一光纤线路(13)，以取消对提供冗余光纤线路的需要的方式工作，所述方法其特征在于包括：
提供一条与所述光纤线路(13)相应的冗余路由(15)；
经该光纤线路(13)和所述冗余路由(15)向交叉加接器(2)广播数据，所述交叉连接器(2)具有分别与所述光纤线路(13)和所述冗余路由(15)耦合的第一和第二端口(6E、6W)，所述交叉连接器(2)具有一个用于送出被接收数据的首部端口(H0)，所述首部端口(H0)经一交叉连接器(2)耦合到所述第一端口(6E或E1)。
在所述第一端口(E1)监控(24、44、28、48)被接收数据，以检测差错条件；和
响应检测的差错条件，把首部端口(H0)连接(36、50)到所述第二部口(W1)，以便由此接收所述的数据。
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