CN1081804A

CN1081804A - 数字通信系统中的群设备的保护

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Publication number: CN1081804A
Application number: CN93108258A
Authority: CN
Inventors: C·道格拉斯·瑞查德森
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: IL106111A; CN1070326C; DE69326582T2; SG50717A1; ATE185229T1; CA2096401C; CA2096401A1; KR940006367A; FI933251A0; AU4176793A; TW224555B; AU669530B2; DE69326582D1; JPH06216887A; IL106111A0; FI933251A; EP0579029B1; ES2137210T3; NZ248074A; JP3471853B2

Abstract

一种具有1∶n群设施保护的通信系统，提供了分别以分布方式安排，并经多条路径彼此双向相连的一组组成端口的两个交叉连接器。它们包括双向保护端口，利用一条保护路径相互连接；各保护端口被分配给作为保护的由同一个分布的接口处理单元管理实现的组成端口组，交叉连接器监视它们的组成输入端口接收情况，从而对其实现控制连接。

Description

本发明涉及数字通信领域，特别是针对其中的监视和冗余方案。

正如现有技术中众所周知的，在近几年通信系统已取得了重大的进步，特别是在信息可以传输的速率方面。现代的数字通信系统和通信媒介提供了非常大的带宽，如由DS-3数据帧标准提供的44.736Mb/s的数据速率。此外，常规的光缆和光系统可以提供更高的带宽和数据速率，通过将多达12条DS-3线路的时分复用提供高达536.8Mb/s的带宽。

在数字通信系统中目前可使用的这些极高的带宽使得能以高速进行大量的数据的通信。由于话间信道需要很小的带宽（每条大约为4kb/s），通过时分复用，大量的话音信道可以经过单条通信线进行通信。目前已有的带宽也使得能进行从计算机到计算机的大的数字数据块的通信，以及代表其它媒介如视频显示的数字数据的通信。

但是，与话音传输不同，在话音传输中可容许一定数量的差错信号而不改变该消息，在计算机之间的成功的数字数据的传输要求高可靠性和高质量的传输。因此，目前常规的数字交叉连接器提供“性能监视”（通常称为“PM”），通过性能监视，接收的数字数据的差错率利用循环冗余码校验（CRC）和其它的常规编码技术进行监视。这种性能监视用于保证交付高质量和低差错率通信保险费的那些通信用户所要求的服务等级。

一般地讲常规通信系统也提供一定数量的冗余使得通信线或网络单元的故障不会导至传输信息的丢失。具有性能监视的常规通信系统已实施一些告警条件，据此通知操作员如“信号丢失”事件和超过各种阈值的差错率。作为响应，操作员可以手动转换到一条冗余线使该系统中的数字数据通信又能进行。当然，产生告警条件的过程和手动转换输入/输出端口到其它线不能很快地进行。

作为进一步的背景，常规光纤终端（通常称为FOT）在系统中的光纤线路已实施1∶1冗余，具有一定数量的自动转换。根据这个1∶1冗余方案，对带宽的附加部分进行监视以确定是否已在接收信号丢失（“LOS”）或告警指示信号（“AIS”）条件。在这些FOT 1∶1冗余方案中，当收到LOS或AIS信号时，FOT钭自动地将其传输转换到两条光纤线路的另一条线路，使能进行数据通信而不管第一条光纤线路故障。

此外，其它的常规通信系统包括1∶1冗余方案。但是，由于这种保护方案要求电缆和来自交叉连接器的输入/输出端口必须是传送业务所要求的两倍，所以这种保护方案很昂贵，因而只对高保险率的用户才是可用的。因此，这种保护方案的实施一般限于高等级的业务通信，如用于计算机数据的通信。

作为进一步的背景，根据SONET标准工作的常规的光纤系统可包括1∶1线路保护，其中一组中的几条光纤线路的一条光纤线路可转换到一条保护线路。这种保护方案在SONET说明书TANWT-000253第6期（BELLCORE，1990年9月）中有叙述。如在上面1∶1光纤的情况所指出的，这个保护是基于线路数据提供将全部线路转换到保护信道;没有提供路由对路由基础上的保护。此外，根据SONET1∶1线路保护方案，在节点之间的通信是利用线路附加数据中的K1和K2字节。但是，由于可用的带宽不足，使用这种规程不能给DS-3网络提供任何类型的1∶n保护，特别是路径保护。

因此，本发明的目的是提供一种用于为数字通信系统中的一组路径提供设施保护的方法和系统，其中一个冗余信道和端口可以保护多个组成端口。

本发明的进一步目的是提供一种在DS-3带宽通信系统中有效的方法和系统。

本发明的进一步目的是提供一种利用DS-3标准系统中可用的带宽进行这种保护的方法和系统。

本发明的进一步目的是提供这样一种保护的方法和系统，其中用于衰落路径的组成信道和保护信道之间的转换时间是极短，如大约在100ms的数量级或更少。

本发明的进一步目的是提供这样的一种可逆的方法和系统，其中当组成的路径返回到良好的信号条件时该保护路径是空闲的。

本发明的进一步目的是提供一种在数字交叉连接器中具有分布方式的方法和系统。

在结合附图参阅下面的说明书之后，本领域的普通技术人员对本发明的其它目的和优点将会更清楚了。

图1是使用本发明的优选实施例的通信系统的方框电路图。

图2是可以实施本发明的优选实施例的数字交叉连接器系统的方框电路图。

图3a到3h是数字交叉连接器的矩阵图，说明响应典型的信号故障，本发明的优选实施例的工作状态。

图4是数字交叉连接器的矩阵图，说明在对第二信号故障执行设施保护转换时本发明的优选实施例的操作情况。

图5a到5c是流程图，说明本发明的优选实施例以图3a到3h和图4所说的方法的操作。

本发明可以在闭合系统中彼此相关的一对数字交叉连接器中实现，通过给每个交叉连接器提供指定接在交叉连接器之间的一组组成端口的一个保护端口来实现，交叉连接器是分布型的，具有接口处理器单元，它响就来自配对的交叉连接沿该保护路径传送的信号，控制在组成端口组和保护路径之间的转换。群设施保护是在检测到差错条件时起作用，通过该交叉连接器请求另一个（相应的）交叉连接器将该设施桥接到保护起作用的保护路径。当请求的节点接收该有效的设施时，它的输入级转换到保护端口以接收该设施。在转换之后，请求的节点监视该组成端口，从该端口用于有效信号的设施继续一个特定的时间，对此起反应，请求的节点转换回到原来的组成端口并命令相应的节点释放该桥接。

图1以方框图说明可以实施本发明的优选实施例的闭合通信系统。根据这个例子，每个具有一组组成端口的两个数字交叉连接器2A，2B经过相关数量的路由互相通信。数字交叉连接器2A的组成端口MA1到MAn经过路径4₁到4n与交叉连接器2B的相应的组成端口MB1到MBn通信。MA1到MAn和MB1到MBn组成端口组包括根据本发明由一条保护路径实现保护的端口组。举例来说，十五个这样的组成端口MA，MB（即n＝15）可被指定给一个单个保护组，由一单独保护信道保护。

正如本领域人们所共知的，术语“路径”是指在时分复用方式中沿着“线路”进行通信的数字数据信道;像这样的，“线路”包括许多路径，以及成帧的和其它有关线路状态、同步的信息等。如在本领域也是众所周知的，术语“设施”（facitlity）是指由一个接线器或交叉连接器接收的路径数据。从这里的叙述已清楚了，本发明是要提供通信的设施保持，其中各个设施被监视和转换而不要求全部线路的转换和冗余。当然，本发明也能够保护线路故障。

在这个例子中，路径4₁至4n的每条路径都是D5-3路径，在交叉连接2A，2B之间以时域复用的方式传送数字信息。在交叉连接器2A，2B之间的路由中可存在其它的网络单元，如光纤终端等，这些终端将DS-3终端进一步时域复用到光纤线路上（例如DC-12光纤线路）。由于由本发明提供的1∶n群保护只能一次保护该群的一个组成部分，因而最好是组成对MA，MB的每一个利用实际分开的线路（即每条路径4是在一条分开的线上）互相连接，以致于线路故障如线路切断不会产生非可保护的故障。

根据本发明的这个实施例，群设施保护利用交叉连接器2A，2B之间的通信实现以下叙述的方法和桥接和转换。根据定义，交叉连接器2A，2B的每一个分别也称为“节点”（交叉连接器2A，2B分别相应于节点A，B）。因此，每个节点A，B必须知道对相应的组成端口MA，MB的其它节点的端口分配;最好是，在节点A中标号MA1到MAn的每一个组成端口连接到节点B中相应标号的组成端口MB1至MBn。

交叉连接器2A，2B的每一个还包括不是保护组的组成端口的端口。例如，阿尔卡塔尔（Alcatel）网络系统公司制造和销售的1633 SX数字交叉连接器可同时支持多达2048个端口。这些附加的端口A1至Aj（对交叉连接器2A）和B1至Bk（对交叉连接器2B）可以与其它的交叉连接器通信或者与图1的系统中的其它交叉连接器2B，2A（或者在另一个保护组中或者在非保护组中或1∶1保护方式通信。附加的端口A，B可以提供以常规的交叉连接方式发送的，分别到组成端口MA，MB的通信。

还根据本发明，交叉连接器2A，2B的每一个分别有与保护组中的组成端口相关的保护端口PA，PB。保护端口PA，PB利用DS-3保护路径P互相连接;最好是保护路径P与连接在该组成路径之间的路径4实际上是分开的，使得在线路故障或线路切断时保护能力仍然是可用的。

参看图2，现在叙述根据本发明的优选实施例的交叉连接器2A，2B的结构，使用交叉连接器2A作为一个例子。为了使群设施保护方案完全实现，交叉连接器2A，2B都必须具有群设施保护能力;因此，最好是它们具有彼此相应类似的构成。在交叉连接器2A的优选结构中，计算和转换处理能力被最广泛地分布，如在由阿尔卡塔尔网络系统公司制造和销售的1633 SX交叉连接系统中那样，图2中所示的交叉连接器2A的结构相应于这情况。

交叉连接器2A包括管理处理单元（APU）12，APU12是该系统内的中央数据处理器。APU12直接地接到常规的存储器和输入/输出功能部件如随机存取存储器21，磁盘存储器23，磁带驱动器25和用户接口19。APU12还接到总线BUS，该总线可包括系统内的一条或多条信息路径。APU12的功能是管理在相对高的等级上的交叉连接器2A的工作，并提供相对于由交叉连接器2A提供的转换操作的用户控制和能见度（visibility）。

交叉连接器2A还包括许多连接到总线BUS的分布处理器，在图2中表示为接口处理单元（IPU）16，18。每个IPU16，18是一个足够复杂的数据处理单元，并具有执行下面叙述的功能的性能，而且每个可以用一个常规的可编程的微处理器实现，或者可替代地用常规逻辑电路如特定应用集成电路（ASIC）实现。每个IPU16用于控制相对于双向的DS-3端口的输入和输出功能，因而如图2所示的，当安装入系统时控制交叉连接器2A的组成端口和保护端口的操作。为实现这个功能，每个IPU16相关并双向连接到一个第一/第三矩阵级单元20。在这个例子中，每个第一/第三级20包括转换矩阵的一部分（将在下面叙述），和合适的收发信机电路以提供16个DS-3端口（15个组成端口MA1至MA15和保护端口PA）。

在本发明的优选实施例中，交叉连接器2A作为公知的克洛斯（CLOS）矩阵的改型实现的方式的数字通信转换器。在交叉连接器2A中有用的改型的克洛斯矩阵的优选型式在1992年5年4日提交的待审的申请号为882920名称为“立即连接和再转换数字交叉连接网络的方法和系统”中叙述，已转让给阿尔卡塔尔网络系统公司，引用在此供参考。根据这个矩阵的实现，主端口（head port）转换到东和西端口是利用三级矩阵实现的，主端口连接到第一级，而东和西端口连接到第三级，转换操作是经过选择的中心矩阵级实现的，选择的中心矩阵级连接到第一级和需要的第三级。

根据交叉连接器2A的这个例子，IPU18的每一个都接到总线BUS和相关的中心矩阵级22。因此，通过在第一/第三级20的一级中安排合适的第一矩阵级与选择的中心级22通信，IPU16，18以分布方式（即不要求从APU12介入）控制转换操作，选择的中心级22又被安排与第一/第三级20的一级中的第三矩阵级通信。第一/第三级20的各级和中心级22最好以由其相关的IPU16，18分别控制及与其相关的IPU16，18分别通信的各个ASIC实现。

如图2中所示，组成端口MA1至MAn和保护端口PA（即节点A）是与第一/第三级20的单个级即第一/第三级20₁相关的;在这种情况下，十六个端口是由交叉连接器2A中的每个第一/第三级20支持的。因此，节点A内的组成端口MA1至MAn和保护端口PA的转换是单个IPU16即IPU16₁控制的。因此，本发明的优选实施例是以高分布方式实现的，因为在提供本发明的群设施保护中不需要涉及APU12。这使得群设施保护能非常短的时间如在100ms或更短时间的数量级内起作用。

现在相应于本发明的优选实施例，详细地说明在提供群设施保护中交叉连接器2A，2B的操作。将相对于系统对信号故障事件响应的例子叙述这个操作，如在图3a至3h的矩阵图和图5a至5c的流程图中所示的。该方法最好是以APU12和IPU16，18工作所依据的计算机程序来实现。基于下面的说明，可预料到，本领域的普通技术人员很容易地将下面叙述的方法在数字交叉连接器中实现而不要过多的实验。

图3a说明在彼此通信的正常状态（即未进行群设施保护转换）中的交叉连接器2A，2B，作为根据本发明单组的保护路径的例子。当然，如上面指出的，交叉连接器2A，2B之间的其它路径可以彼此通信以及与其它网络及网络单元通信。此外，网络单元如FOT，上下线箱（drop/add bixes）等可以设置在交叉连接器2A，2B之间，但是为了清楚起见在图3a中未画出。

首先参见交叉连接器2A，利用群保护设施与交叉连接器2B通信的本地传输由第一/第三级20₀的主输入端口（head input ports）A1I，A2I接收。在这时第一/第三级20₀作为克洛斯矩阵中的第一级，并经过中心级22A将接收的传输传送到作为这个传输的第三级的第一/第三级20₁。第一/第三级20₁将从端口A1I，A2I来的信号分别接到组成输出端口MA1O，MA2O，分别经过路径4_1AB，4_2AB作为DS-3设施到交叉连接2B的传输（例如，名称4_1AB表示用于从交叉连接器2A到交叉连接器2B通信的路径4₁的单工侧）。

组成输出端口MA1O，MA2O（和它们相应的组成输入端口MA1I，MA2I）构成了由本发明实现的设施保护的组的组成端口。如上面指出的，该组的组成端口数可比2大得多，如多达15个保护的组成端口;为了清楚起见，在图3a所示的例子中表示了在该保护组中是两个组成端口。与组成输出端口MA1O，MA2O有关的是保护输出端PAO，保护输出端口PAO是在第一/第三级20₁中实现的并且接到保护路径P_AB。

在路径4_1AB，4_2AB，P_AB上传送的设施由交叉连接器2B在组成输入端MB1I，MB2I和保护输入端口PBI分别接收，这是在第一/第三级20₃实现的。第一/第三级20₃的这个部分作为克洛斯矩阵的第一级，并且通过中心级22B将接收的设施从组成输入端口MB1I，MB2I传送到第一/第三级20₄（在这个例子中），第一/第三级20₄分别经过主输出端口B1O，B2O将接收的传输提供给交叉连接器2B的本地侧。在图3a的正常通信状态，保护输入端口PBI与交叉连接器2B内进一步通信隔离。

如图1中所示，交叉连接器2A，2B之间的通信在各个组成端口之间是全双工（双向的）型的。因此，相反地，交叉连接器2B在第一/第三级20₅中的输入端口B1I，B2I从其本地侧接收传输，反过来经过中心级22B它将接收的传输传送到第一/第三级20₃。第一/第三级20₃（这部分作为克洛斯矩阵的第三级）完成输入端口B1I，B2I分别到组成输出端口MB1O，MB2O的连接，用于分别经过路径4_1AB，4_2AB到交叉连接器2A的通信。此外，保护输出端口PBO在第一/第三级20₃实现并且连接到路径P_BA。

交叉连接器2A分别在组成输入端口MA1I，MA2I和保护输入端口PAI接收路径4_1AB，4_2AB，P_BA，这是在第一/第三级20₁（它的这部分作为克洛斯矩阵的第一级）中实现的，第一/第三级20₁将在组成输入端口MA1I，MA2I接收的设施分别传送到位于第一/第三级20₀的主输出端口A1O，A2O，因而到达交叉连接器2A的本地侧，完成了交叉连接器2A，2B之间的全双工连接。在图3a所示的正常通信状态，保护输入端口PAI与中心级22是隔离的。

从图3a应该注意组成端口M分配给某些第一/第三级20的一些限制。首先，为了实现快速的群设施保护转换，在相同保护组中的组成输入端口和组成输出端口是在单个交叉连接器2的相同的第一/第三级20内实现的。参见图3a，组成输入端MA1I，MA2I和组成输出端口MA1O，MA2O都是在交叉连接器2A中的相同第一/第三级20₁内，而象这样的在单个IPU16₁（见图2）的控制下实现的。类似地，组成输入端口MB1I，MB2I和组成输出端口MB1O，MB2O都是在交叉连接器2B中的相同第一/第三级20₃内在单个IPU163的控制下实现的。但是，主端口A，B（即不是保护组的组成端口）在相同的第一/第三级20内有实际存在的它们的输入和输出侧，既不是主要的也不是重要的，如图3a的交叉连接器2B中的情况那样（输入端口B1I，B2I和输出端口B1O，B2O）。此外，与群保护传输相关的主端口组不必位于相同的第一/第三级20中;例如，主输入端口A1I和A2I可以在彼此不同的第一/第三级20中实现。

此外，从下面的叙述已清楚，保护组的组成端口M最好是以相应的方法互相指定，以便使得有关所执行的群设施保护的桥接和转换的通信变得更简便。因此，在图3a的例子中，交叉连接器2A的组成输出端口MA1O，MA2O分别接到交叉连接器2B的组成输入端口MB1I，MB2I;相反地，组成输出端口MB1O，MB2O分别接到组成输入端口MA1I，MA2I。类似地保护输入和输出端口PAI，PAO，PBI，PBO互相连接。

在下面叙述的本发明的优选实施例操作的例子中，在接在节点A（即交叉连接器2A）的组成输入端口MA1I的设施中出现了信号错误SF，如图3a中所示的。信号错误SF相应于由正被传送的特定信号指示的设施的“硬”故障。常规的硬故障信号包括信号丢失（LOS），帧丢失（LOF）和告警指示信号（AIS）。众所周知，AIS信号是由第一网络单元发送的信号，该第一网络单元接收一个告警信号如LOS或LOF以防止多个网络单元传播该LOS/LOF信号，这样更容易识别系统中的故障位置。

优选的实施例监视各个设施而不是全部线路，因此根据它们的状态可在线路内进行各个路径的转换。结果，软差错也可由本发明监视，包括超过差错率的情况。这些软差错情况涉及在一个时间期间测量的出错的秒数;这种情况的例子在下面的表中给出：

在15分钟中10个出错秒（ES）;或者

在1小时中864ES;或者

在24小时中4个严重的出错秒（SES）

其中ES定义为任意秒，在这任意秒内检测到一个编码的破坏点（coding violation），而SES定义为检测到大于44个编码破坏点的任意秒（即大于10^-6/秒的差错率）。这些软差错阈值最好在类型和程序上与常规的性能监视阈值不同，以便可使用设施转换来避免设施的服务等级的降低。这些阈值差错率也是可以控制的，通过APU12调节阈值的数值，允许系统操作者能增加或降低设施保护转换的敏感度。由于硬差错情况（LOS，LOF，AIS）是分开监视的，所以这些阈值的确定完全是用于由于编码破坏点导致的差错秒，而不包括由于出现LOS或AIS情况（这些包括在常规的差错秒的确定中）导致的差错秒。

但是，在很多设备中最好不是根据超过的差错率监视和进行群设施保护，而只是由于硬故障提供群设施转换。这是因为对于该群中的多个组成路径只提供一条保护路径，而且因为根据本发明的设施转换使用节点间的通信来实现希望的桥接和转换情况。结果，最好增加保护路径的可用性，以便在硬故障时转换到保护路由所要求的时间被减少。由于经过保护路径的业务增加（例如在差错率的情况下，这将发生初始的转换），所以硬件差错设施保护转换将要求该保护路径业务恢复到它的原始组成端口的可能性增加，这增加了要求的转换时间。这样，仅仅由于硬故障起始转换大大地改善了转换时间性能。

因此下面的叙述限制在响应硬故障情况（LOS，LOF，AIS）下群设施保护转换的情况。但是，可预料，差错率阈值插入这里叙述的监视和转换程序中可很容易由本领域的普通技术人员参考本说明书和附图实现。

图5a至5c表示本发明的优选实施例的方法的流程图，相对于在解决信号错误情况的群设施保护转换的例子。在这个流程图中，请求节点和配对节点（或响应的节点）的操作分开表示。但是应该懂得，由于交叉连接器2A，2B是类似地结构的，以相同的方法工作实现这个转换，所以响应的接点也与请求节点一样地工作，而且反之也一样，在图5a至5c中基本上说明具有该操作的同时存在的方法（节点A和B具有图5a至5c中所示的请求和响应功能）。假定许多设施和线路故障具有双向的影响，则经常出现这种同时的操作。但是在根据本发明的优选实施例的群设施保护方案中，一个节点在另一个节点之前检测信号错误情况。因此，为了说明清楚起见，在这个例子中节点A（交叉连接器2A）是检测信号错误的第一节点，而且是请求节点;因此节点B（交叉连接器2B）是响应节点。

在图5a的过程30中，节点A执行保护组的那些组成输入端口MAI的周期扫描，以确定是否收到信号错误情况（LOS，LOF，AIS）。扫描的周期最好是以与转换时间技术规范一致的方法选择;例如，如果设施保护转换是在故障的100毫秒内实现的，则扫描周期20毫秒允许80毫秒响应检测的结果。在判定31，确定过程30的扫描结果;如果发现信号错误，控制传送到过程34以开始转换过程。这个扫描是由控制第一/第三级20₁的IPU16₁执行的。

如果没有检测到信号错误，则执行过程32，通过该过程节点A保持在保护路径P上传输NID情况，表示不需要保护。如上面所讨论的，DS-3系统的带宽足以允许在节点之间使用信息的整个字节，如根据SONET标准用于光纤线路保护。根据本发明的优选实施例，在沿保护路径P发送的DS-3数据帧中的一定比特（例如C比特）被用于传送请求，响应，识别信息和状态信息。

根据本发明的优选实施例，在标准的DS-3数据帧的X比特和C比特信道中可用的DLt比特被用于经过保护路径P传送群设施保护信息。每帧的C比特信道比X比特信道有更多的可用比特，当C比特信道可用时就被用于这种传送;如果DS-3数据不是空闲信号则使用X比特信道。DS-3数据帧标准的说明，包括C比特和X比特的定义可以在美国国家标准ANTI T1-107a.1990（1990年增刊）中找到。

过程32由IPU16₁经过第一/第三级20₁执行，在C比特经过路径P_AB提供“NID”信号;传输的帧还包括标准的DS-3“空闲”信号。因此，节点B能够从执行过程32的节点A确定保护路径是可用的（从节点A到节点B）。

如果检测到信号错误，如由组成输入端口PA1I接收的设施上的信号错误，则执行过程34，第一/第三级20₁从保护输出端口PAO向节点B发出一个桥接请求信号。这个桥接请求信号利用C比特信道传送，并指明需要一个桥路以及检测到信号错误SF的组成输入端口（在这种情况下是组成输入端口MA1I）。

同时，节点B已执行了过程40和判定41，通过该过程周期地监视C比特方式中的DLt比特以确定是否出现跨接请求或节点B要响应的其它信号。如果没有收到桥接请求，监视过程40继续。但是，如果在C比特信道上收到桥接请求信号，则在判定43开始该请求的处理，在判定中确定该请求的优先级。

根据优选的实施例，给桥接请求分配各种优先级，以允许功能使用的灵活性和操作者介入。这样的优先级的例子如下：

功能优先级

保护锁定最高

强制转换第二

检测到SF情况第三

人工转换第四

等待恢复最低

保护锁定状态相应于APU12已停止群设施保护的情况;在这种情况下，如果检测到SF情况，不进行桥接或转换。保护锁定可用人工启动，或者当检测到一个组成超过转换率时也可自动地启动，以避免振荡。强制转换是高优先级的人工转换;在这些情况下连续的SF情况也被忽略。如果保护路径是空闲的，检测到SF情况将进行转换，或者如果由于正常的人工转换或按等待恢复方式（将在下面叙述）的转换结果而启动，将超越先前使用的保护路径。

如果SF情况的优先级不足以超越目前使用的保护路径的优先级（如果该保护径不是空闲的），则由节点B进行过程42，并在C比特信道上从保护输出端口PBO向保护输入端口PAI发送拒绝响应;然后节点B返回到监视状态（过程40）。

如果SF情况的优先级是合适的，执行判定45，响应的节点询问与该请求桥路有关的主端口以保证不存在硬故障。在这个例子中，节点B的IPU16₅检查主端口B1I的状态以确定是否出现良好的信号;如果没有，保护输出端口PBO经过C比特信道向节点A发送拒绝响应（过程42）。

在任一情况下，如果节点A在C比特信道上收到拒绝响应信号，则判定33返回一个否定响应并进入等待状态36。在等待期间（例如10秒）过去之后，由请求的节点重复过程31和34的桥接请求以确定保护路径是否清除了，以及在节点B的主输入端信号是否在使用。

如果输入主端口B1I有一个有效的信号，则执行过程46，节点B中的IPU16₃在第一/第三级20₃中实现第三级桥路（3SBR）;由于端口MB1O和PBO是在相同的第一/第三级20₃（因而在这个例子中是在同一ASIC）内，这个桥路可由IPU16₃到第一/第三级20₃的单个写操作进行。这个操作桥接从主输入端口B1I到组成输出端口MB1O以及保护输出端口PBO的路径，经路径4_PBA向节点A提供“良好”的信号。由节点A执行的判定33监视经过保护路径P从一个空闲信号到一个“良好”信号的传输;节点A也能够经过路径P检测拒绝信号以及检测指示空闲信号已经从节点B中的主端口桥接的消息。在主信号桥接到保护路径P之后，节点B转换它的发送与接收能力（在保护端口PBI，PBO）到X比特信道，因为C比特信道将被该传输占有（即DS-3数据不再是空闲信号）。然后节点B执行过程60和61（示于图5c），在保护输入端口PBI监视X比特信道中的DLt比特以确定是否收到桥接释放信号;在下面将详细讨论这种信号的发送和响应。

图3b中说明执行第三级桥接的系统的这个状态;第三级桥接在第一/第三级20₃以3SBR表示。图3b还说明桥接请求和“良好”信号分别经过路径P_AB和P_BA的传输方向。

当在保护输入端口PAI收到“良好”信号时，在过程38节点A在第一/第三级20₁执行第一级转换，将现在在保护输入端口PAI接收的设施转换到中心矩阵级22A，代替以前在组成输入端口MA1I接收的故障设施。当在节点B中的第三级桥接的情况下，第一级转换可由IPU16₁对第一/第三级20₁的单个写操作实现，因为保护输入端口PAI和组成输入端口MA1I（业务是从该端口转换的）都是设置在其中的。在过程38的第一级转换之后，在过程39节点A将其在保护端口PAI，PAO的接收和发送功能分别从C比特信道转换到X比特信道。

第一级转换（1SSW）的结果在图3c中示出。从图3c可清楚地看出，这时一个有效的设施由节点A经过保护路径P_BA接收，并且以以前在组成输入端口MA1I接收该设施相同的方式发送到主输出端口A1O，除了由于第一级转换1SSW而避免信号错误SF外。但是，转换的设施继续由节点B经过保护路径P_BA以及组成路径4_1BA进行广播，并且仍在组成输入端口MA1I接收。从下面的叙述可清楚知道，在组成输入端口MA1I继续设施的监视，以便可以在合适的时间转变到正常状态。

现在参见图5b，在执行第一级转换（过程38，39）之后，在判定，节点A接着询问与进行第一级转换的组成端口有关的主输入端口，如果在该主端口的信号是有效的，则自动地实现到保护的它自己的第三级桥接。这个过程是基于这样的假设：大多数的信号错误事实上是双向的;象这样，如果在过程38的第一级转换的时候在节点A的保护输入端口PAI还没有收到桥接请求，则很可能立刻会收到。此外，由于在从节点A和节点B方向中保护路径P已经占线，而且不能指定用于保护另一个端口，则即使是不需要，执行这样的桥接也是没有危险的。

判定51的询问是由与用于相应的组成输入端口的第一级20相关的IPU16执行的。在这个例子中，IPU16₀询问第一/第三级20₀以确定主输入端口A1I是否正在接收良好的信号。如果是这样，执行过程50，在第一/第三级20₀实现第三级桥接，将业务从主输入端口A1I桥接到组成输出端口MA1O和保护输出端口PAO。因此，在节点B发出一个桥接请求信号到节点A的组成输入端MA1I时，“良好”信号已经出现在保护路径P_AB，允许节点B实现从组成输入端口MB1I到它的保护输入端口PBI的第一级转换。

如果“良好”信号没有出现在主输入端A1I，节点A进入过程52，它在保护输入端口PAI扫描X比特信道。如果在保护输入端口PAI没有收到桥接请求（判定53），则过程52的扫描继续进行。如果在保护输入端口PAI收到从节点B来的对相同组成端口或者甚至是该组中的不同的组成端口的桥接请求（判定53），则在判定55节点A再检验相关的主输入端口A1I的状态;如果故障情况继续存在，则不执行第三级桥接，而且向节点发送拒绝响应（过程56）。如果在主输入端口A1I信号是好的，则在过程50节点A实现第三级桥接。

图3d说明由这个过程执行的通过节点A在组成输入端口MB1I随后的信号错误SF发生时进行的第三级桥接的结果。正如上面指出的，节点A已实现在第一/第三级20₀的第三级桥接（3SBR′），这或者是响应主端口A1I接收一个良好的信号，或者是响应来自节点B在保护输入端口PAI、在X比特信道接收的桥接请求信号。这个第三级桥接3SBR′在节点B的保护输入端口PBI被检测，作为来自保护路径P_AB的“良好”信号，响应此情况，节点B在第一/第三级20₃实现其第一级转换，将保护输入端口PBI连接到以前与检测到信号错误SF′的保护组成输入端口MB1I有关的主输出端口B1O。这个状态在图3e中说明，表示了根据本发明的优选产施例的全双工设施保护转换的例子。因而由信号错误SF，SF′产生的硬故障情况借助于经过保护路径和端口该设施业务有效而避免了。

根据上面指示的每个转换和桥接事件，希望负责桥接或转换的IPU16通知APU12该事件及其产生的原因。这给系统操作者提供群设施保护功能的可见性，而且还允许APU12登记该频率和这种转换的理由。

正如上面指出的，由于本系统提供1∶n群设施保护，非常希望在可能时该设施保护转换恢复到正常状态，以便保护路径是开放的和在另一个组成端口信号错误时不被占用，使得在这种情况下设施转换可以快速实现。当然还非常希望直到组成路径再次稳定的时候才恢复到正常状态。下面叙述根据本发明的这个优选的实施例的恢复过程。

根据本发明的这个实施例，使第一级转换的每个节点开始监视进行第一级转换的组成端口，以确定输入设施是否已返回到良好的信号情况。在图5a至5c的例子中，在第一级转换已由节点A在过程38（和在过程39通信转换到X比特信道）执行之后，节点A监视进行第一级转换的组成端口MA1I。首先执行判定57，在这个例子中，IPU16₁在组成端口MA1I监视输入设施;如果输入设施是良好的信号，超时计时器（位于与保护组相关的IPU16₀中）在过程58开始。如果先前的组成端口仍是错误情况，判定57周期地执行以继续监视状态;同时，第一级转换1SSW仍在原位经过保护路径P接收有效设施。

当先前有效的组成输入端口MA1I被检测为传递一个良好的信号后，节点A开始它的等待恢复期间。正如上面指出的，等待恢复转换和桥接具有所有桥接的最低优先级，而在另一个组成检测的另一个SF情况将具有较高的优先级。等待恢复环路由三个判定59，71，73组成。判定59扫描先前的组成端口（在这个例子中是MA1I）以保证它仍在接收良好的信号;如果先前的组成端口处于错误情况，控制返回到判定57的环路直到再次检测到良好信号情况为止。判定71确定超时期间（例如5分钟）是否已过去;如果超过了，控制传送到返回程序，正如下面说明的。

如果超时期间没有过，则执行判定73，询问保护组中的其它组成输入端口。在这个例子中，则节点A的IPU16₀询问在第一/第三级20₀的其它组成输入端口（例如组成输入端口MA2I）以确定是否存在LOS，LOD或AIS情况。如果这时检测到信号错误，而且因为这时先前的故障组成端口处于良好情况（即使在超时期间不稳定），根据本发明的优选实施例将实现新的第一组转换和第三级桥接，以便这时具有信号错误的组成输入端口转换到保护路径。在下面的一恢复过程讨论之后，将详细地说明建立新的转换的过程。

如果在其它组成输入端口没有检测到信号错误情况，则判定59，71的超时环路继续直到超时期间过了为止。当在先前的组成输入端口MA1I已收到良好设施的超时期间过了，就执行过程72，在这过程中第一/第三级20₀中的第一级转换被丢失。现在参见图5c并结合图5b，执行过程74，节点A利用X比特信道从保护输出端口PAO向节点B发送一个丢失桥接请求。丢失桥接请求信号连续地发送，直到检测到（判定75）桥接丢失证实信号。图3f中说明了具有被丢失的第一级转换1SSW的系统情况。

参见图5c的节点B侧，当在X比特信道接收桥接丢失信号时，判定61返回一个肯定结果并执行过程62，在该过程中节点B在第一/第三级20₀丢失第三级桥接。判定63确定是否已收到一个新的桥接设定请求（在超时过了的事件中不是这样的），之后是过程64，在该过程中节点B转换其发送和接收节点到C比特信道。然后节点B利用C比特信道从保护输出端口PBO向节点A证实桥接丢失，并再进入监视的状态（过程40）。图3g中说明了系统的这个情况。

当在保护输入端口PAI接收到在路径P_BA上的丢失跨接证实信号时，节点B也进入监视状态（过程30）。因此节点B和节点A之间的保护路径被丢失，而且这时在另一个故障的情况下是可用的。

正如上面讨论的，图3e中说明的故障是全双工故障。但在这个例子中，节点A先检测信号错误，因此其超时期间在节点B的超时期间之前先渡过。由于节点B在请求在节点A中的第三级转换和它本身执行第一级转换中已进行了类似的过程，当节点B的超时期间过了的时候，节点B将丢失它的第一级转换1SSW′，并要求节点A利用C比特信号丢失它的第三级桥接3SBR。当收到丢失桥接请求时，节点A将丢失第三级桥接3SBR，并且在C比特信道上从保护输出端口PAO发出一个空闲信号。然后系统返回到正常的全双工情况，如在图3h中所说明的，节点A和A都处于它们的发送和接收监视方式（过程30，40），等待检测下一个故障。

回来看图5b并结合图4，当IPU16₀检测到保护组的另一个组成端口正接收一个信号错误（在图4的组成输入端口MA2I的SF″）时，判定73将控制传送给过程76以实现一个新的跨接/转换而不要等待过了超时期间。

然后执行过程76，从保护输入端口PAI将第一级转换丢失回到组成输入端口MA1I。这之后是过程78（示于图5c中），节点A利用X比特信道从保护输出端口PAO发送一个桥接设定/除去（set/remove）请求到节点B，指示进行新的桥接的组成端口（MA2I）的识别。

设定/除去请求是由节点B在判定61以与桥接丢失请求类似的方式检测的，在过程62中响应该检测节点B丢失第三级桥接。由于该请求为设定/除去，判定63使过程65能由节点B执行，在过程65中进行请求的新的第三级桥接（图4的3SBR′），并且经过X比特信道由保护输出端口PBO向节点A的保护输入端口PAI指示“良好”信号。当在保护输入节点PAI检测到“良好”信号时（判定77），节点A使第一级转换（图4的1SSW″）将保护输入端口PAI连接到以前在其后是在组成输入端口MA2I的故障设施的那条路由。这个过程的结果在图4中说明。

在进行新的桥接和转换时，节点A开始超时期间（判定57）并且还确定它是否应进行新的第三级桥接（判定51等），如在前面的情况那样。节点B恢复到在它的响应侧的X比特扫描过程（过程60），也类似于原始信号错误的情况。正如在前面的情况那样，如果新的故障是全双工故障，则节点B将请求新的桥接而节点A以上面刚刚说明过的情况类似的方式响应，以便对在等待恢复期间的信号错误实现全双工设施保护。

因此本发明提供经济有效的设施保护能力，其中一条保护路径可以保护分配给相同的第一/第三级的多条组成路径或输入/输出“架”（bay）（即由单个IPU服务的电路）。由于以分布方式的群设施保护的控制，设施转换可以以极快的方式实现，例如从信号错误起大约100毫秒或更短。此外，使用DS-3数据帧的C比特和X比特信道允许必要的双向通信以实现在可用的DS-3带宽内的群设施保护。结果，本发明可以以比常规的1∶1保护方案低得多的费用提供高等级的服务。

虽然本发明是以其优选的实施例的方式进行了叙述，当然可预料到，本领域的普通技术人员在参阅了本说明书及其附图之后，对本实施例的修改和替换是显而易见的，而这种修改和替换具有本发明的优点和益处。可预料到，这种修改和替换是落入随后的权利要求书所限定的本发明的范围内的。

Claims

1、一种利用分配给通信系统中的第一和第二节点之间的多个双向组成路径提供设施保护的方法，所述第一和第二节点具有用于沿所述的组成路径与多个设施通信的多个组成端口，并且具有用于沿所述保护路径与一个保护设施通信的保护端口，其特征在于该方法包括如下步骤：

从所述第二节点的第一组成输出端口检测在所述第一节点的第一组成输入端口接收的设施中的错误情况；

响应所述检测步骤，从所述第一节点的所述保护端口向所述第二节点发送桥接请求；

响应所述发送步骤，将该设施从所述第二节点的所述第一组成输出端口桥接到接在所述保护路径的所述第二节点的一个保护输出端口；和

在所述的桥接步骤之后，转换所述第一节点以便接收从所述保护路径的所述第一节点的一个保护输入端口来的设施。

2、根据权利要求1的方法，其中所述组成路径是DS-3型的;

而其中所述的发送步骤包括：

利用C比特信道发送一个桥接请求信号。

3、根据权利要求1的方法，进一步包括：

在上述桥接步骤之后，监视在所述第一节点的保护输入端口的设施以确定接收的设施是否有效;

其中所述的转换步骤是响应所述监视步骤而执行的。

4、根据权利要求1的方法，其中由所述第一节点的第一组成输出端口发送到所述第二节点的第一组成输入端口的设施相应于在所述第一节点的一个主端口接收的信号;

而且进一步包括：

在上述转换步骤之后，监视所述主端口以确定接收的信号是否有效;和

响应指示在所述主端口接收的信号是有效的所述监视步骤，将该设施从所述第一节点桥接到接在所述保护路径的所述第一节点的一个保护输出端口。

5、根据权利要求1的方法，进一步包括：

在所述转换步骤之后，监视在所述第一节点的所述第一组成输入端口接收的设施以确定在一个选择的时间期间它是有效的;和

响应在选择的时间期间是有效的所述被监视的设施，再转换所述第一节点以接收从所述第一组成输入端来的设施。

6、根据权利要求5的方法，进一步包括：

在所述监视在所述第一节点的所述第一组成输入端口接收的设施以确定在一个选择的时间期间它是否有效的步骤期间，在所述第一节点的第二组成输入端口检测错误情况;

响应在第二组成输入端口检测的错误情况，再转换所述第一节点接收从所述第一组成输入端口来的设施和向所述第二节点发送一个除去/设定桥接信号;

响应所述的发送除去/设立桥接信号的步骤，将该设施从所述第二节点的所述第二组成输出端口桥接到所述第二节点的保护输出端口;和

在从所述第二组成输出端口桥接该设施的所述步骤之后，转换所述第一节点以接收从所述第一节点的保护输入端口来的设施。

7、根据权利要求1的方法，其中所述错误情况是从包括信号丢失，帧丢失和告警指示信号的组中选择的。

8、根据权利要求7的方法，其中所述错误情况进一步包括超过差错率的情况。

9、一种具有群设施保护的交叉连接器系统，其特征在于包括：

安排成对的多个组成输入端口和组成输出端口，以便每个组成输入端口和一个相应的组成输出端口是双向地连接到一条路径;

一个保护输入端口和一个保护输出端口，连接到一条保护路径并分配给所述多个组成输入端口和组成输出端口;

一个中央处理单元，连接到一条总线;

一个交叉连接器矩阵，连接到所述总线;

一个接口处理单元，与所述总线、所述组成输入和输出端口、所述保护输入端口和保护输出端口耦合连接，所述接口处理单元用于提供下列步骤：

监视所述组成输入端口以检测错误情况;

响应在所述组成输入端口的第一端口的检测的错误情况，从所述网络请求一个桥接;和

在所述请求步骤之后，转换到将所述保护输入端口连接到所述第一组成输入端口以便接收该设施。

10、根据权利要求9的系统，其中所述交叉连接器矩阵是具有第一级、中心级和第三级的克洛斯矩阵型的;

其中所述接口处理单元包括：

多个接口处理器;和

多个第一/第三级电路，每个电路连接到所述多个接口处理器的相关的一个处理器;

而其中所述多个组成输入端口和组成输出端口以及所分配的保护输入端口和保护输出端口都与相同的第一/第三级电路相关。

11、根据权利要求10的系统，其中所述接口处理单元通过从所述保护输出端口发送一个桥接请求信号来请求桥接。

12、根据权利要求11的系统，其中多个组成输入端口和组成输出端口以及保护输入端口和保护输出端口都是DS-3型的;

其中所述桥接请求信号是利用C比特信道传送的。

13、一种通信系统，包括：

一个第一交叉连接器，它包括：

安排成对的多个组成输入端口和组成输出端口，每个组成输入端口相应一个组成输出端;

一个保护输入端口和一个保护输出端口，二者都分配给所述的多个组成输入端口和组成输出端口;和

一个接口处理单元，与所述组成输入和输出端口，以及所述保护输入端口和保护输出端口耦合连接，所述接口处理单元用于：

监视所述组成输入端口以检测错误情况;

响应在所述组成输入端口的第一端口的检测的错误情况，从所述保护输出端口发出一个桥接请求信号;和

在所述发出步骤之后，转换到将所述保护输入端口连接到所述第一组成输入端口以便接收该设施;

多条路径，它包括连接到所述第一交叉连接器的所述多个组成输入端口和组成输出端口;以及一条保护通信路径，连接到所述第一交叉连接器的所述保护输入端口和所述保护输出端口;

一个第二交叉连接器，它包括：

安排成对的多个组成输入端口和组成输出端口，以便经过所述多条组成通信路径的相应的一条路径将每个组成输入端口和一个相应的组成输出端口分别双向地连接到所述第一交叉连接的一个相应的组成输出端口和组成输入端口;

一个保护输入端口和一个保护输出端口，二者都分配给所述多个组成输入端口和组成输出端口，并且经过所述保护路径分别连接所述保护输出端口和所述保护输入端口;

一个接口处理单元，与所述组成输入和输出端口，以及所述保护输入端口和保护输出端口耦合连接，所述接口单元用于：

响应所述桥接请求信号，将设施从所述第二交叉连接器的第一组成输出端口桥接到所述第二交叉连接器的保护输出端口。