CN1089515C - Atm本地接入 - Google Patents

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Abstract

在一个通信系统基础设施中，一个具有如下特点的具有接入层结构的接入网络或网段，它拥有众多用户或扩展部分链接至一个或多个带有端口并提供自/至更高层网络的接入访问能力的网关上，而由用户或扩展部分到网关的链接是通过嵌在已格式化到宽带载体上的时隙中的ATM信元的统计复用来实现的，其目的网关由一个嵌在每个ATM信元的虚路径标识符中的数码来标识，而信源则由一个嵌在时隙内部而在ATM信元外部的附加地址域中的数码来标识；由网关到用户或扩展部分的链接是通过一个分布交换设备来实现的，其目的用户由嵌在附加地址域中的数码来标识，而信源则由嵌在ATM信元的虚路径标识符中的数码来标识。

Description

ATM本地接入
通信系统的结构是由它的三个组成部分之间的基本差异来决定的-接入部分，提供与用户的连接功能；交换部分，提供对通信实体(如“呼叫”)的动态处理能力；传输部分，提供对不同地域的网段的互连。
通信网络是对应于图1所示结构中的逻辑实体。一个网络可以是任何大小的，也可以“塑”成任何形状，然而受限于其基础结构：尤其不允许不连续性，也可以解释为只有那些可以往回映射到现行结构的拓扑结构才是可以接受的。
在此描述了有关符合上述定义的异步传输模式(ATM)基础结构的接入层网段设计的各个方面。
一个ATM接入网络或具有接入层结构的网段，包括被链接到一个或多个网关的多个用户或分机，所述一个或多个网关带有端口并提供去往/来自较高网络层的接入，所述网络或网段被设置为由用户或分机部分链接到网关，所述链接是通过将格式化到宽带载体上的时隙中承载的ATM信元统计复用来实现的，其目的网关由一个嵌在每个ATM信元的虚路径标识符域中的数字来标识，而信源则由一个嵌在时隙内部而在ATM信元外部的附加地址域中的数码来标识；该网络或网段还被设计为通过一个分布式交换设备来实现由网关到用户或分机的链接，其中目的用户由嵌在附加地址域中的数码来标识，而信源则由嵌在信元的虚路径标识符域中的数码来标识。
现在通过举例的方式来描述本发明，并且要参考附图，其中：
图1是一个通信系统结构的形象化表示；
图2a(i)及2a(ii)所示分别为用户接口的上行及下行接入网段用户网络接口(UNI)的格式；
图2b(i)及2b(ii)所示分别为用户接口的上行及下行接入网段时隙的格式；
图3给出了一个ATM系统的示意模型；
图4所示为当前发明中一个ATM接入节点示意图；
图5所示为当前发明的一个路由器的图形表示。
该接入结构的两个最基本的要求是集中和准备。
ATM中的路径和信道是以轨道(track)为载体的。一条轨道只有当它携带信息时才在网络载体上占用带宽；因此某个路径和通道的轨道是一个虚拟实体，只有当其携带信息时才真正存在。
因此，在ATM信元头中定长的虚路径及虚信道地址域(VPI或VCI域)所限范围内，在接入结构的一个网段内在至上行交换层的各用户与一个或多个网关之间可以定义永久虚轨道。
集中是在上行方向通过将多个信源在同一带宽载体上进行统计复用，同时具备相应较好的服务质量和预期用途的方法来提供的。分布则是在下行方向通过将源信息寻址到目的用户虚轨道提供的。
准备是通过用户寻址可接入两个或多个独立网关的多条虚轨道中的一条提供的。在该接入结构的某个网段中的每一个网关在其上行一侧具有单一的更高层网络或服务，在其下行一侧带有网段内一组用户。
较好的接入网段设计应当可以使其分布于一个相当大的地域范围。
处理用户与网关之间的链接有两个基本的方法：
1)用连接模式寻址与VCI域将接入连接和呼叫发生关联。
对每个连接来说，被选择的VCI值在网段内必须是唯一的，因而隐式标识信源(用户或网关)及目的地(网关或用户)。
然而这种可能被某些人认为是解决问题的传统的方法，在接入网段中却有着严重的不足。
每个网关都拥有它自己的呼叫处理子系统(CPS)。由于VCI在网段内必须是唯一的，相互分立或独立的不同网关必须协作以选择一个唯一的VCI值。
或者，指定一个网关专门负责建立网段内所有的连接；即使是那些可能属于一个竞争控制器的用户与某网关之间的连接；所述解决方案除了能满足法律要求外，任何人对它都不满意，因为它是通过规则实现强制性合理接入。
为了解决上述问题，该网段可以拥有其自已的CPS，具备到所有网关的信令链接。这是目前为止最为令人满意的解决方案，但又会增加相当的开销。
2)使每个网关与一个唯一、永久的VPI值之间发生关联，该VPI值可被看作是与在现行语音网络中用于接入网络或服务的拨号前缀相对应的ATM中的对等物。
通过这种方法一条永久虚路径在每一个用户和每一个网关之间建立起来。一条用于用户和网关之间通信的虚信道将沿该路径透明地通过。
因其在控制和管理上很简单，这是一个更好的解决方案。但是由于VPI域标识网关，两端都必须被标识出来以定义该虚轨道。以下将叙述该问题的一个解决方案。
请注意，用这种解决方案，在轨道上将一个VCI值复制到不同的网关不会引起任何问题，因此，不同网关之间的协作是不需要的。
用户接口是用户网络接口(UNI)，其格式结构如图2a所示。
请注意，信元中的VPI域在上行方向携带的是作为目的地的网关地址，而下行方向则是作为源地址，因而符合ITU的I.150/3.1.4.1建议，即“为传输的双向分配同一个(VPI)值”。
在接入网段内，信元被封装在一个内部头和一个内部尾之间(如图2b所示)之后由一个时隙来携带。
选中的时隙大小为56个八比特组，使得额外开销最小而能够携带更多的所需的其他信息。同时，一个高速节点其容量在理论上受接口缓冲区内存周期的限制，这意味着需要一个相对来说大的字长。用选择8个八比特组的整数倍的方法来选择时隙大小，选择字长为32比特或64比特的缓冲区而不增加重定时电路的开销是可能的。
在内部信头中包含了一个12-比特的用户标识域，它在上行方向携带的是源地址而在下行方向则携带目的地址。这些值分别是在接入网段上行一侧的线路接口电路以及下行一侧的每个网关中插入/删除的。
接入网段内的连接总是根据目的地址来确定路由的，该地址在上行方向是由被封装的信元的VPI域来携带的，而在下行方向则是在时隙的内部头中。在接入网段内的某个路由交换设备中其方向可能不是隐含的，这样就需要在信头中由一个1-比特的域来标识方向进而确定目的地址(如图2b所示，上行为“0”，下行为“1”)。一个时隙可能被某个信元占用(忙)也可能未被占用(空闲)，这是由B/F比特位来标识的。
异步传输模式(ATM)是国际标准化组织为宽带网选择的技术。用于宽带网的主要传输介质是光纤，而光纤传输的标准是基于同步数字系列(SDH)标准。
SDH为在光纤链路的中间点上增加和释放带宽做好了准备工作。这一性能目前正用于在那些链接到远程或本地复用器上的、以及连接到中央集线器的“基本速率”(1.5或2Mb)载体上为传统的64kb/s电话服务提供时分复用(TDM)接入。目前在全球已安装了数以万计的可提供这种服务的高级数字复用器(ADM)。
ATM使用统计复用的方法以提供相应的集中，并且载体的带宽及所服务的用户的数目越大，则效率越高。为了能将这么大数量的用户宽带信道集中到一个接入网段，分布式统计复用是必需的。
宽带是一个目前尚未有健全的市场的新服务。上述解决方案是基于SDH高级数字复用器(ADM)增强型的，这样ATM宽带服务只需在商业许可的时候和地方由一个操作员来加上。
图3给出了一个ATM结构模型，它有一个ADM环状结构在接入层提供分布式ATM服务。
在一个高级数字复用器上的ATM接入将由一个ATM节点卡和一个或多个几种类型的支流卡来实现的。如图4所示，该示例中在节点与支流卡之间的链接的带宽约为300Mb/s(是SDH STM-1速率的两倍)，且在下行方向带有广播ATM，在上行方向经过一个FIFO上行流缓冲器带有可编程的时分复用信元时隙。
用户的统计复用是由构成ATM接入结构网段的ADM环来提供的，其操作分为两步：
i.每个独立的ADM为它所服务的用户组提供统计复用。
ii.每个ADM含有一个ATM路由转换器，该路由转换器与其相邻ADM的路由转换器之间通过共用一个SDH载体相链接起来形成一个拓扑环。
在图5中所示的路由转换器提供在环上顺时针和逆时针方向上的直通接入和支流接入。直通信息流比汇聚的本地信息流具有更高的优先权，而不受任何队列延迟的影响。
给予路由转换器上直通链路(E/W和W/E)以优先级的作用是使链上最远的用户将享受最好的待遇。通过使用内部流量控制(IFC)信道的基于信用的流量控制法使得合理性重新建立起来。
由一个信用管理员为链上某个节点(通常每个ADM一个节点)的用户组分配一个缺省的信用数值，该值与该用户组各成员承定的服务带宽的总和成正比。
用户的服务带宽是在合同期分配的，类似于窄带业务中接入链路的通道容量，例如，基本速率(30时隙)，部分基本速率，ISDN基本速率(2B+D)，等等。对于ATM的服务带宽来说可以是最大可到物理载体的带宽的任何值(也要相应地计费)。
服务带宽由两个术语来定义，峰值速率-受限于在线路接口和做为路由交换器的接口的公用缓冲区之间上行方向上的时分时隙交织复用，以及短时平均速率-是对一个与公用缓冲区大小相应的时间段的平均值。
在接入网段内对于连接的持续时间以及建立起来的虚信道的数量是没有限制的-这是接入层之上的交换层中控制及管理系统的任务。对已建立起来的虚信道的控制是网关的责任之一。
对每一个向上行传送的信元都从节点帐户中扣掉一个信用分。
流量控制器将周期性地在内部流量控制(IFC)信道上广播一个RESET信号，在某个节点识别到该信号后将重新存入缺省信用值。
如果在一个RESET指示之前所有的信用分都用完了，那么结果是分布成形电路的流量成形触发器被递增地升至缓冲区，正如资源管理信元可以避免在内核网络中的阻塞，并且具有降低来自缓冲区速率的同等作用。这种更准确地说是对来自各个节点的流量进行控制的迂回的方法避免了因更直接的控制而导致在每一个RESET时在环上载体的突发流量。
这样每个节点都分配到一份与其信用分配成正比的载体带宽，因此也与总的服务带宽的平均值成正比。
按照通常的RESET率，链上所有节点的缺省信用分的总和定义了载体的带宽容量。但是这是假设所有用户都同时发起与之服务带宽成比例的业务量，而这种情况极少发生。更为通常的情形是，某些用户不活跃而其他用户却非常活跃。在这种情况下，通常的RESET率可能会导致活跃的用户因其节点的信用分已经耗尽而不能获得接入访问，而同时链上却因为没有其他节点的活跃用户而有空闲的容量。为避免这种情况发生，流量控制器将监视链上所有节点的载体占用情况，如果所有节点上的活动量都很低，则RESET之间的间隔周期将缩短以使得非常活跃的用户能够利用链上更大比例的带宽。类似地，当活动量都极高时，RESET之间的间隔周期将增加。
内部流量控制(IFC)利用内部时隙传送的头两个比特来形成与信元无关的顺时针和逆时针信道。沿这条信道的某处是顺时针和逆时针流量控制器；只有这些部件中断IFC信道。
IFC信道所携带的编码如下(左边是传送的头一个比特)：
00  低占用量(低于下限)
01  持续(两极限之间)
10  高占用量(高于上限)
11  复位(RESET)
特别选择这些编码是为了“动态”改变，不带延迟。所有节点都有责任根据上行共享缓冲区的占用情况设置前三个编码；每个编码将覆盖所有值低于它的编码。RESET信号是由流量控制器设置用于相反方向传输的，并且对所有节点进行广播。请注意，顺时针控制器将传递逆时针IFC信道而不发生改变；类似地，逆时针控制器将传递顺时针IFC信道。这意味着同一个IFC通道需要传送所有4种状态(即，头3种状态为一个控制器，第4种状态为另一个控制器)。
IFC通道由流量控制器开始在每个时隙赋以00值(当不传送RESET时)。
在沿所有节点完成一环后IFC信道被流量控制器接收，并且：
×对每个传送“高活动量”信号(10)的IFC时隙，RESET之间的间隔周期增加一个增量。
×对每个传送“持续”信号(01)的IFC时隙，不采取任何动作。
×对每个传送“低活动量”信号(00)的IFC时隙，RESET之间的间隔周期减少一个增量。
如果链上只有一个节点发现是在载体上为高负载，那么所有通过的IFC时隙将被置为“高活动量”状态，直到该负载降低到低于触发电平。
只有当链上所有节点都发现是载体为低负载时，流量控制器才会接收到“低活动量”状态。
这个机制应当确保载体上维持一个均衡的负载，所有节点拥有相等的机会，也就是“合理性”建立起来。

Claims (14)

1.一个ATM接入网络，包括被链接到一个或多个网关的多个用户或分机，所述一个或多个网关带有端口并提供去往/来自较高网络层的接入，所述网络或网段被设置为由用户或分机部分链接到网关，所述链接是通过将格式化到宽带载体上的时隙中承载的ATM信元统计复用来实现的，其目的网关由一个嵌在每个ATM信元的虚路径标识符域中的数字来标识，而信源则由一个嵌在时隙内部而在ATM信元外部的附加地址域中的数码来标识；该网络或网段还被设计为通过一个分布式交换设备来实现由网关到用户或分机的链接，其中目的用户由嵌在附加地址域中的数码来标识，而信源则由嵌在信元的虚路径标识符域中的数码来标识。
2.如权利要求1所述的ATM接入网络，其中ATM信元格式中的虚路径标识符(VPI)域为8-比特，与用户网络接口保持一致，而附加地址域被设计为要比VPI域大，这样使得服务的用户或扩展部分的数量要比VPI域所允许的数量大许多。
3.如权利要求1所述的ATM接入网络，其中VPI域中代表网关地址的数字范围是附加域中代表用户地址的数字范围的一个子集，该网络或网段被设计为允许一个网关端口与第二个网关端口通信，而该第二个网关端口看来好象是第一个网关端口的一个用户或分机部分。
4.如权利要求1或2所述的ATM接入网络，其中用户或扩展部分以及网关分布在一些节点上，这些节点由一个分段高-带宽双向载体链接起来形成一个拓扑环，链上链接各节点的设备是一个转换器，直通连接的业务具有接入的第一优先级，一个先进先出(FIFO)队列则用来存放汇聚的本地信息以等待高带宽载体上标为空闲的时隙。
5.如权利要求4所述的ATM接入网络，被设计为，寻址到一个连接到某个特定节点的用户或分机部分或网关端口的忙时隙的内容在该节点被拷贝到一个缓冲区，并且所述时隙被标识为空闲。
6.一个如权利要求4所述的ATM接入网络，其每一个时隙也包含一个内部流量控制(IFC)域，长度至少为2-比特，在ATM信元外部而在时隙内部，及在连续时隙中的IFC域形成一对互为反转的IFC-信道，在任意一点，每个IFC-信道通过一个独立的IFC-控制器，并且，IFC域具有至少3个状态，用来表示在与所述IFC信道同方向的路径上任一节点所承受的最重的业务负载；这些状态包括低占用量、中占用量和高占用量，所述网络被设计为，如果有一个占用量比当前状态更高的指示，则用所述指示覆盖IFC域的当前状态，除非所述状态是第四个状态-用于提供相反的IFC信道道的RESET信号；并且由IFC控制器中的第一个来接收在第一个信道上的时隙的IFC域中携带的负载状态，并且传递由相反信道的IFC控制器发起的RESET信号从而对环上的所有节点广播该RESET信号；
由相反信道的IFC控制器来接收在相反信道上的时隙的IFC域中携带的负载状态，同时传递由第一个信道的IFC控制器发起的RESET信号从而对环上所有节点广播该RESET信号。
7.一个如权利要求6所阐述的ATM接入网络，被设计为，每一个节点都被分配信用分，并且环上每个传输方向有一个信用分管理员，所分配的信用分与该节点所有用户、扩展部分或网关的服务合同中分配的平均带宽的总和成比例；该接入网络被设计为，每在上行方向传输一个ATM信元，该信用分被减1，如果信用分计数减至0，则限制或停止ATM信元的传输，当在与所述传输方向相关的IFC信道上接收到一个RESET信号时，信用分将被重新恢复为最初的分配值。
8.一个接入层基础结构的网段，包括被链接到一个或多个网关的多个用户或分机，所述一个或多个网关带有端口并提供去往/来自较高网络层的接入，所述网络或网段被设置为由用户或分机部分链接到网关，所述链接是通过将格式化的时隙中承载的ATM信元的统计复用到宽带载体上来实现的，其目的网关由一个嵌在每个ATM信元的虚路径标识符域中的数字来标识，而信源则由一个嵌在时隙内部而在ATM信元外部的附加地址域中的数码来标识；该网络或网段还被设计为通过一个分布式交换设备来实现由网关到用户或分机的链接，其中目的用户由嵌在附加地址域中的数码来标识，而信源则由嵌在信元的虚路径标识符域中的数码来标识。
9.如权利要求8所述的接入层基础结构的网段，其中ATM信元格式中的虚路径标识符(VPI)域为8-比特，与用户网络接口保持一致，而附加地址域被设计为要比VPI域大，这样使得服务的用户或分机的数量要比VPI域所允许的数量大许多。
10.如权利要求8所述的接入层基础结构的网段，其中VPI域中代表网关地址的数字范围是附加域中代表用户地址的数字范围的一个子集，所述网段被设计为允许一个网关端口与第二个网关端口通信，而该第二个网关端口看来好象是第一个网关端口的一个用户或分机部分。
11.如权利要求8或9所述的接入层基础结构的网段，其中用户或分机部分以及网关分布在一些节点上，这些节点由一个分段高-带宽双向载体链接起来形成一个拓扑环，链上链接各节点的设备是一个转换器，直通连接的业务具有接入的第一优先级，一个先进先出(FIFO)队列则用来存放汇聚的本地信息以等待高带宽载体上标为空闲的时隙。
12.如权利要求11所述的接入层基础结构的网段，被设计为，寻址到一个连接到某个特定节点的用户或扩展部分或网关端口的忙时隙的内容在该节点被拷贝到一个缓冲区，并且所述时隙被标识为空闲。
13.如权利要求11或12所述的接入层基础结构的网段，其每一个时隙也包含一个内部流量控制(IFC)域，长度至少为2-比特，在ATM信元外部而在时隙内部，及在连续时隙中的IFC域形成一对互为反转的IFC-信道，在任意一点，每个IFC-信道通过一个独立的IFC-控制器，并且，IFC域具有至少3个状态用来表示在该与IFC信道同方向的路径上任一节点所承受的最重的业务负载；这些状态包括低占用量、中占用量和高占用量，所述网段被设计为，如果有一个占用量比当前状态更高的指示，则用所述指示覆盖IFC域的当前状态，除非所述状态是第四个状态-用于提供相反的IFC信道的RESET信号所述网段被设计为用一个比IFC域中原有的表示占用量的状态更高；并且由IFC控制器中的第一个来接收在第一个信道上的时隙的IFC域中携带的负载状态，并且传递由相反信道的IFC控制器发起的RESET信号从而对环上的所有节点广播该RESET信号；
由相反信道的IFC控制器来接收在相反信道上的时隙的IFC域中携带的负载状态，同时传递由第一个信道的IFC控制器发起的RESET信号从而对环上所有节点广播该RESET信号。
14.如权利要求13所述的接入层基础结构的网段，被设计为，每一个节点都被分配信用分，并且环上每个传输方向有一个信用分管理员，所分配的信用分与该节点所有用户、扩展部分或网关的服务合同中分配的平均带宽的总和成比例；该网段被设计为，在上行方向每传输的一个ATM信元，该信用分被减1，以限制或停止ATM信元的传输，如果信用分计数减至0，当与该传输方向相关的IFC信道接收到一个RESET信号时，信用分被重新恢复为最初的分配值。
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