CN1115942C - 一种通用交换机和一种交换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通用交换机，其中一台面向字的交换机和一台面向比特的交换机相连，以便为两台交换机提供一个由出现在时隙中的数据组成的公共输入信号。通用交换机还包括为一组输出时隙中的每一个建立通过面向字的交换机的第一连接通道和通过面向比特的交换机的第二连接中至少一条连接的装置，还包括为每个输出时隙选择来自一条已建立连接通道中的数据的装置。对于每个输出时隙，最好只建立一条连接通道，并且选择装置选择来自已建立连接通道的数据。

Description

一种通用交换机和一种交换方法
发明的技术领域
本发明总的涉及一种通用交换机和一种交换方法，更具体地说，所涉及的这种通用交换机包括一台面向字的交换机和一台面向比特的交换机。
发明背景
用于电信的公共传输网通常以64kbit/s的比特传送速率的工作，在与该比特速率适配的传输链路上传输数字信号。信号数据一般出现在时隙中，而且在传统网络中，每个时隙专供一条指定信道使用。
但是，许多与公共传输网相连的运营交换机只需要比64kbit/s低得多的比特传送速率。被称为子速率的这种低比特率传送速率例子可以是8或16kbit/s。例如参考图1，在数字移动电话中，语音编码器对语音信息进行编码的方式一般是为了在移动台和基站BS之间的无线链路上实现较低的比特传送速率。例如在GSM系统中，移动台MOBILE和基站BS之间的业务通常以较低的比特传送速率传输，一般要低于16kbit/s(GSM全速率13.0kbit/s，GSM半速率5.6kbit/s)。通常，几个基站BS与一个基站控制器BSC相连，后者处理基站BS和对应移动台之间的业务。基站控制器BSC和移动交换中心MSC之间的业务常常使用以较高的比特传送速率64kbit/s工作的标准公共传输网。如果基站控制器BSC直接把比特率低于16kbit/s的GSM业务交换到一个64kbit/s的传输网中，将会浪费大量带宽资源。每条信道就只占用了预留时隙中四分之一或八分之一的比特位。但是，通过在比特级而不是字级进行电路交换，通过把几条子速率信道封装到一个新的、随后在公共传输网上传送的完全封装时隙中，就可能充分利用由标准公共传输网提供的带宽资源。
根据现有技术，一般通过一台外部的面向比特的交换机，或称为子速率交换机的设备与面向字的交换机的串联、并带有从面向比特的交换机返回面向字的交换机的连接来提供比特级的电路交换。图2是说明面向字的交换机WSW和面向比特的交换机BSW的这种现有技术方案的方框图。面向字的交换机WSW和面向比特的交换机BSW带有接收数据的输入端和输出数据的输出端。面向字的交换机WSW特征在于只能处理完整的字。
现在，假定面向字的交换机WSW在第一输入端IN1处收到子速率业务。子速率业务在时隙中出现，其中只有部分比特位被占用。子速率业务通过面向字的交换机WSW进行字级交换，在第一输出端OUT1处输出。面向字的交换机WSW的第一输出端OUT1与面向比特的交换机BSW的输入端IN相连。在面向比特的交换机BSW中进行比特级交换，以构成封装了多条子速率业务信道的新字。通常的处理是构成完全封装的字。这些新字从面向比特的交换机BSW的输出端OUT输出。面向比特的交换机BSW的输出端OUT与面向字的交换机WSW的第二输入端IN2相连，收到的字通过通过面向字的交换机WSW进行字级交换，并从第二输出端OUT2通过终端电路或等效设备输出到公共传输网。
尽管以上现有技术方案能够改善对公共传输网的带宽资源利用率，但它还有许多缺点。首先，为了建立子速率连接，必须有两台不同的交换机进行工作。其次，子速率业务必须先通过普通的面向字的交换机WSW和面向比特的交换机BSW交换，再返回面向字的交换机WSW进行交换。这显然会导致很大的业务延迟。另外，与面向比特的交换机BSW连接的普通交换机输入和输出端不能用于标准速率业务。
美国专利第5,453,985号揭示了一种用于PCM传输系统的通用数字交换机，同时用于在字级和比特级对PCM字进行交换。这种通用交换机包括一台面向字的交换机和一台面向比特的交换机，面向比特的交换机与面向字的交换机串联，并带有从面向比特的交换机返回面向字的交换机的连接。
美国专利第4,718,058号揭示了一种复杂的多级交换网，它具有彼此串联的多个交换级。在多级交换网中，输入和输出级用于在比特级进行交换。
发明内容
本发明克服了现有技术方案的以上和其他缺点。
本发明的总目的是提供一种支持面向字的交换和面向比特的交换的通用交换机。而且，最好通过通用交换机来建立子速率连接能比较简单，并且子速率业务的业务延迟能减到最小。
发明的另一目的是提供一种支持标准速率和子速率交换的通用交换机，它可根据交换容量进行有伸缩性的变化。具体地说，最好能以模块化形式提供这样的一种通用交换机，因为模块化方案在成本和灵活性方面具有优势。另外，根据这种模块化交换机，应当比较容易实现较高子速率交换容量，例如32K或更高。
发明还有一个目的是提供一种在支持标准速率和子速率交换的通用交换机中进行交换的方法，根据该方法很容易建立子速率连接，并使子速率业务的业务延迟最小。
发明实现的以上和其他目的通过所附权利要求的定义而得到实现。
根据总的发明思想，提供了一种通用交换机，其中一台面向字的交换机和一台面向比特的交换机相连，以便为两台交换机提供一个公共输入信号。公共输入信号包括出现在时隙中的数据。通用交换机还包括为多个用于业务的输出时隙中的每一个建立通过面向字的交换机的第一连接通道和通过面向比特的交换机的第二连接通道中至少一条连接通道的装置，还包括为每个输出时隙选择来自一条已建立连接通道中的数据的装置。
在发明的一个优选实施例中，对于每个输出时隙，所述建立装置只建立第一连接通道和第二连接通道中的一条，并且所述选择装置选择来自已建立连接通道的数据。
通过这种方法，提供了一种双模通用交换机，其中面向字的交换机在第一种操作模式下工作，面向比特的交换机在第二种操作模式下工作。
根据本发明的一个方面，一种通用交换机，包括一台面向字的交换机和一台面向比特的交换机，其特征在于所述通用交换机还包括：为所述面向字的交换机和所述面向比特的交换机提供一个公共输入信号的装置，该信号包含出现在时隙中的数据；用于对预定数目的每个输出时隙至少建立通过所述面向字的交换机的第一连接通道和通过所述面向比特的交换机的第二连接通道中的一条通道的装置；以及为每个所述输出时隙选择来自一条已建立的所述第一连接通道和所述第二连接通道中的数据的选择器；一个控制系统，用于控制所述通用交换机的交换操作，使得对于普通速率的业务，所述第一连接路径被建立而所述选择器被控制从所述第一连接路径选择数据，而对于子速率业务，所述第二连接路径被建立而所述选择器被控制从所述第二连接路径选择数据。
根据本发明的另一个方面，一种通用交换机，所述通用通信交换机包括：排列成具有行和列的一个矩阵的多个交换模块；按组配置的多个交换适配单元，每个所述交换适配单元组与所述矩阵中预定行的交换模块相关连，以便向该行的交换模块输入字，每组还与所述矩阵中预定列的交换模块相关连，以便输出来自所述列的交换模块的字；用于控制所述通用交换机的交换操作的控制系统；每个所述交换模块包括：一台面向字的交换机，它带有用于接收字的多个第一输入端、有选择地对所述字进行字级交换的第一装置、和用于输出字的多个第一输出端；一台面向比特的交换机，它带有一个用于接收与一个预定的所述第一输入端相同的字的第二输入端、有选择地对所述字中的比特进行交换以构成新字的第二装置、和输出所述新字的一个第二输出端；以及第一选择器，被所述控制系统控制，对于普通速率业务，用于选择来自所述面向字的交换机的一个预定的所述第一输出端的字，并且对于子速率业务，用于选择由所述面向比特的交换机构成的新字，所述第一选择器带有用于输出所述被选字的第三输出端；面向字的交换机的所述第一输入端和面向比特的交换机的所述第二输入端被用作交换模块的输入接口，并且所述面向字的交换机中未与所述第一可控选择器相连的第一输出端和所述第一选择器的所述第三输出端被用作交换模块的输出接口；对于每组交换适配单元，一个预定的交换适配单元被连接成用以接收来自与交换适配单元组相关联的交换模块列中第一选择器的所述被选字，该单元还带有用于传送与当前已建立的连接相关联的所述被选字中的比特的装置。
根据本发明的再一个方面，在包括一台面向字的交换机和一台面向比特的交换机的通用交换机中进行交换的方法，所述方法包括步骤：为所述面向字的交换机和所述面向比特的交换机提供一个公共输入信号，该信号由在时隙中出现的数据组成；至少为每个输出时隙建立通过所述面向字的交换机的第一连接通道和通过所述面向比特的交换机的第二连接通道中的一条通道；以及为所述输出时隙选择来自所述第一连接通道和所述第二连接通道中的已建立的一条的数据；控制所述通用交换机的交换操作，使得对于普通速率业务，所述第一连接路径被建立并从所述第一连接路径选择数据，对于子速率业务，所述第二连接路径被建立并从所述第二连接路径选择数据。
本发明解决方案的一个主要优点是与现有技术方案相比，它明显降低了子速率业务的业务延迟。
为了建立一条通过通用交换机的子速率连接，只要建立一条通过面向比特的交换机而不通过面向字的交换机的连接通道就完全足够了。通过这种方法，子速率连接的建立也得以简化。
通过阅读对发明实施例的以下描述，将能理解本发明提供的其他优势。
附图简述
在所附权利要求中提出了发明固有的新颖特征。但是，通过伴随附图阅读以下对特定实施例的详细描述，将能更好地理解发明本身以及其他特点和优点，其中：
图1是一个方框图，其中表示移动台与一个基站控制器通信，后者可通过公共传输网与一个移动交换中心连接的；
图2是根据现有技术的一台面向字的交换机与一台面向比特的交换机连接的方框图；
图3是描述本发明一种通用交换机总体结构实例的方框图；
图4是一个方框图，表示如何把不同输入时隙中的若干子速率信道封装到一个面向比特交换机输出时隙内的新字中；
图5是根据本发明的第一个实施例的通用交换机的一种示范性实例方框图；
图6是根据本发明的第二个实施例的通用交换机的一种示范性实例方框图；
图7是本发明一种交换方法的流程图；
图8是关于本发明模块化交换机结构的一种示范性实例方框图；
图9是关于本发明模块化交换机结构的一种示范性实例的更详细方框图；
图10是一个方框图，描述了业务如何通过图9的交换机结构进行比特级交换的一个实例。
发明的详细描述
在整个公开内容中，交换机这个术语应当理解为一种通信交换机。
图3是描述本发明一种通用交换机总体结构实例的方框图。该通用交换机包括一台面向字的交换机WSW、一台面向比特的交换机BSW、一个可控选择器SEL和一个相关控制系统CS。到通用交换机的输入数据DATA IN(数据入)一般出现在按传统方式编排的帧时隙中。输入数据DATA IN通常以标准速率业务和子速率业务的形式出现。对于子速率业务，每个时隙一般专供一条特定子信道使用，这使得时隙中只有部分比特位被占用。
通用交换机的设置使得至少有部分输入数据DATA IN以公共输入信号被同时送给面向字的交换机WSW和面向比特的交换机BSW。对于预定数目的每个输出时隙，定义了通过面向字的交换机WSW的第一可能连接通道CP1和通过面向比特的交换机BSW的第二可能连接通道CP2。
对于预定数目的每个输出时隙，控制系统CS通常要建立第一可能连接通道CP1和第二可能连接通道CP2中的至少一条通道，最好由控制系统CS控制的选择器SEL选择来自一条已建立连接通道的数据作为输出数据DATA OUT(数据出)。
当然，如果时隙没有用于业务，就不一定要建立一条连接通道。
对于每个输出时隙，最好只建立连接通道CP1和CP2中的一条通道，然后从已建立连接通道中选择输出数据DATA OUT。当时隙中提供给交换机WSW和BSW的数据是子速率业务的形式时，控制系统CS建立通过面向比特的交换机BSW的第二连接通道CP2，子速率业务信道在比特级进行交换，并封装成新时隙，选择器SEL受控选择来自面向比特的交换机BSW的数据。当时隙中提供给交换机WSW和BSW的数据是标准速率业务的形式时，控制系统CS建立通过面向字的交换机WSW的第一连接通道CP1，其中标准速率业务信道在字级进行交换，选择器SEL受控选择来自面向字的交换机WSW的数据。在可能的情况下最好通过面向字的交换机WSW交换数据，因为用于面向字交换的硬件与对应的面向比特交换的硬件相比，消耗的功率要少得多。
通过这种方法，提供了一种双模通用交换机。用于标准速率业务的面向字交换在第一种操作模式下进行，其中建立了第一连接通道CP1，选择器SEL选择来自面向字的交换机WSW的数据。用于子速率业务的面向比特交换在第二种操作模式下进行，其中建立了第二连接通道CP2，选择器SEL选择来自面向比特的交换机BSW的数据。
通过建立通过面向比特的交换机BSW的一条连接通道并选择来自它的数据，已足以在通用交换机中建立一条子速率连接。
不过，显然可以为每个时隙建立第一连接通道CP1和第二连接通道CP2，并选择来自一条预定已建立连接通道的数据。
在某种程度上，可以说面向字的交换机WSW和面向比特的交换机BSW是彼此并联的。
通常，面向字的交换机WSW具有一个接收由字形式数据组成的公共输入信号的输入端、用于有选择地对公共输入信号中的数据进行字级交换的装置、以及一个与交换装置相连并用于输出字的输出端。公共输入信号还被送到面向比特的交换机BSW的输入端。面向比特的交换机最好包括用于有选择地对公共输入信号中的比特进行交换以构成新字的装置和一个与第二交换装置相连并用于输出新字的输出端。选择器SEL与面向字的交换机WSW的输出端和面向比特的交换机BSW的输出端相连，以便为每个输出时隙选择经过面向字的交换机交换的一个字或来自面向比特的交换机的一个新字，并输出所选字。
图4是一个方框图，表示如何把不同输入时隙中的若干子速率信道封装到一个面向比特交换机BSW输出时隙内的新字中。来自通信网分支的五个输入时隙TS1IN到TS5IN到达面向比特的交换机BSW。在这一实例中，每个输入时隙TS1IN到TS5IN专供一条子速率信道使用。时隙TS2IN、TS3IN和TS4IN中的每条子速率信道只占用对应时隙的两个比特位，时隙TS1IN和TS5IN中的每条子速率信道只占用对应时隙的一个比特位。在面向比特的交换机BSW中，输入时隙TS1IN到TS5IN子速率信道联合构成了输出时隙TS1OUT中的一个新字，在本例中为00111101。输出时隙TS1OUT完全被封装，以便最大限度地利用输出时隙中的比特位。
尽管以上描述了子速率信道的封装，应当理解本发明还可用于子速率信道的拆封。重新参考图1可以理解拆封子速率信道的原理。现在，考虑从移动交换中心MSC到基站控制器BSC、再从基站控制器BSC经由基站BS到多个移动台的业务。假定一个时隙包括若干子速率信道，到不同移动台的子速率信道被捆绑在一起，那么在向对应的基站BS及随后向移动台发送之前，就必须在基站控制器BSC中拆封子速率信道。因此，必须在面向比特的交换机中的比特级处理到达基站控制器BSC的输入数据，以便把子速率信道的一个时隙交换成不同时隙。不过，以下对面向比特交换的描述将只考虑从子速率到标准速率的方向。
应当理解面向比特的交换机BSW通常是对接收字中的比特位和/或所选比特字进行一种受控的变换，以便构成在输出时隙中输出的新字。因此可能是改变同一字内一个或多个所选比特的比特位，或改变一个字中的比特位和所选比特字。可以为一个时隙中占用字内至少一个比特的业务信道在新字中动态分配所需空间，以便能定义占用一个字内从一到八或更多比特位中任意位置的业务信道。
为了更好地理解本发明，下面将更详细地描述符合发明的一种通用交换机示范性实例。
图5是根据本发明的第一个实施例的一种通用交换机示范性实例的方框图。通用交换机包括一台面向字的交换机WSW、一台面向比特的交换机BSW和一个可控选择器SEL。当然，正如本领域的技术人员将能理解的那样，整个通用交换机还包括一些辅助设备，例如一个控制系统(未表示)以及一个时钟和同步信号产生系统(未表示)。
在这一特定例子中，面向字的交换机WSW是一台时分-空分交换机。应当理解本例并不是为了限制发明的范围，因为也可以使用其他类型的交换机。
图5中面向字的交换机WSW包括一个语音存储SS单元的矩阵，其中存储了用户信息形式的数据。面向字的交换机WSW还包括与语音存储SS单元相关的复用器8/1 MUX和控制存储器CS。面向字的交换机WSW有若干与输入线路相连的输入端IN(入)和若干与输出线路相连的输出端OUT(出)。用户信息通过数据信号提供给输入端IN，随后到达语音存储SS单元。语音存储矩阵的一个特定行中的每个语音存储SS单元与同一输入端相连，使得该行中所有语音存储SS单元接收同一数据集合。
而且，语音存储矩阵SS中的每一列与各自的控制存储器CS相关联，控制存储器控制从该列中的每个语音存储SS单元中读取数据。从语音存储SS单元中的数据读取为面向字的时分-空分交换机WSW提供了时分交换功能。
语音存储矩阵SS中的每一列还与各自的可控复用器8/1 MUX相关联，使得该列中的每个语音存储SS单元与复用器8/1 MUX相连。在图5中，为了简单和便于浏览，用一条线路表示一列上所有语音存储SS单元与一个公共复用器8/1 MUX之间的互连。但是，应当理解从该列中的每个语音存储SS单元到复用器MUX都有一条独立的连接。复用器8/1 MUX与对应的控制存储器CS相连并受其控制，复用器8/1 MUX根据存储在控制存储器CS中的控制信息确定应当从该列中的哪一个语音存储SS单元中读取数据。输出端OUT(出)用作复用器MUX和外部输出线路之间的接口。可控复用器8/1 MUX为面向字的时分-空分交换机WSW提供了空分交换功能。
举例来说，假定面向字的时分-空分交换机WSW有8条输入线路和8条输出线路，带有一个8×8的语音存储矩阵SS，每条输入线路处理8192个时隙，每个语音存储SS单元有8192个位置，得到的将是一个典型的64K时分-空分交换单元。
在本文献中，当提到1K交换时，实际上指的是一个1024个多位置(MUP)的交换单元。同样，一个64K交换指的是一个65536个多位置的交换单元。
在图5的例子中，面向比特的交换机BSW也是一台时分-空分交换机。从总体硬件设置上来看，面向比特的交换机BSW与面向字的交换机WSW类似。面向比特的交换机BSW包括一个语音存储矩阵SS以及相关的复用器8/1 MUX和控制存储器CS。面向比特的交换机BSW还配有一个输入端IN(入)和一个输出端OUT(出)。面向比特的交换机BSW还包括一个与面向比特的交换机BSW的输入端IN相连的字到比特分解器，以便用来把通过输入端IN收到的时隙中的字分解到比特级，从而，使每个字被拆分成一组独立比特BIT0到BIT7。对于每个被分解的字，语音存储矩阵中的每一行都接收字的一个预定比特，以使得该比特存储在该行中的所有语音存储单元中。
尽管在存储位置中只存储一个比特，面向比特的交换机BSW中的语音存储SS单元最好与面向字的交换机WSW相同。根据这种方法，可以对面向字的交换机WSW和面向比特的交换机BSW使用同一硬件以及类似或相同的软件或维护程序。不过，作为一种可选方法，面向比特的交换机BSW中的语音存储SS单元在存储位置中可以存储比特，而不是整个字。
如上所述，最好对面向字的交换机WSW和面向比特的交换机BSW使用同一硬件。不过对面向字的交换机和面向比特的交换机使用同一硬件的时候，假定每个字包含8比特，应当清楚面向字的交换机在交换时的效率是后者的八倍，因为它一次能交换8个比特，而面向比特的交换机一次只能交换单个比特。在面向字的交换机WSW中，每个控制存储位置一次选择8个比特。在面向比特的交换机BSW中，每个控制存储位置只能选择单个比特。因此，面向字的交换机WSW的交换容量是面向比特的交换机BSW的8倍。假定面向字的交换机WSW的容量为64K，而且每个字包含8比特，那么面向比特的交换机BSW的容量将为8K。
在面向比特的交换机BSW中，受相关控制存储器CS控制的复用器8/1 MUX用于输出来自语音存储SS单元的所选比特。在面向比特的交换机BSW中，复用器8/1 MUX的所选输出比特可以在一个比特到字变换器B/W CONV中组合成在输出端OUT(出)输出的一个新字。
在操作中，数据信号被提供给面向字的交换机WSW的输入端。到面向字的交换机WSW的一个特定输入端的数据信号还被送给面向比特的交换机BSW的输入端，以便为面向比特的交换机BSW的输入端连续提供与面向字的交换机WSW的这个特定输入端相同的输入时隙。
根据发明的一个优选实施例，控制系统(图5未表示)根据时隙中的业务类型(标准速率/子速率)，为每个输出时隙建立一条通过面向字的交换机WSW或通过面向比特的交换机BSW的连接通道。选择器SEL受控选择来自已建立连接通道的数据，并在选择器SEL的输出端上把所选数据作为输出数据传送。
不过，应当清楚到面向字的交换机WSW剩余输入端的其他数据信号中的数据在面向字的交换机WSW中的字级正常进行交换。
控制系统一般通过对有关交换机中的相应控制存储器CS进行设置以控制对交换机中所存数据的读取并在交换机的预定输入多路位置和预定输出多路位置之间产生一个电路来建立一条连接通道。通常，对控制存储的设置包括向控制存储器CS写入控制信息。这一控制信息控制从交换机的语音存储SS单元中读取数据。
可控选择器SEL最好包括一个受相关控制存储器CS控制的2/1复用器MUX。复用器2/1 MUX与面向字的交换机WSW的一个预定输出端和面向比特的交换机BSW的输出端相连。与选择器中2/1 MUX相关的控制存储器CS保留指定的控制信息，该信息控制2/1 MUX的选择操作。
如果建立了一条通过面向比特的交换机BSW的连接通道，并令选择器SEL中的2/1 MUX传送来自面向比特的交换机BSW输出端的数据，则通用交换机可以支持子速率交换。另一方面，如果建立了一条通过面向字的交换机WSW的连接通道，并令2/1 MUX传送来自面向字的交换机WSW的预定输出端的数据，则通用交换机就可以支持标准速率速率交换。根据这种方法，通用交换机可以支持子速率交换和标准速率交换。
图6是根据本发明的第二个实施例的通用交换机的一种示范性实例方框图。图6的通用交换机与图5的类似。不过，从图6可以看出，以一个2/1复用器形式存在的选择器现在集成到了面向字的交换机WSW中。复用器2/1 MUX与面向字的交换机WSW中一个预定复用器8/1MUX的输出以及面向比特的交换机BSW输出端相连。复用器2/1 MUX最好由存储在与预定8/1复用器MUX相关的控制存储器CS中的附加控制信息进行控制。另外，到面向字的交换机WSW和面向比特的交换机BSW的公共数据信号现在是从面向字的交换机WSW内的一个接点送给面向比特的交换机BSW。
图7是本发明一种交换方法的流程图。图7的流程图涉及对通用交换机时隙内出现的数据进行交换的方法，该交换机包括一台面向字的交换机WSW和一台面向比特的交换机BSW。该方法在每个时隙的基础上进行。在步骤101，由时隙中出现的数据组成的一个公共输入信号被送给面向字的交换机WSW和面向比特的交换机BSW。在步骤102，至少为输出时隙建立通过面向字的交换机的第一连接通道和通过面向比特的交换机的第二连接通道中的一条。然后，在步骤103，为输出时隙选择一条已建立连接通道中的数据。最好只建立一条连接通道，然后选择来自已建立连接通道的数据。
在发明的优选实施例中，面向字的交换机和面向比特的交换机是时分-空分交换机。时分-空分(TS)交换机本质上是严格无阻塞的，这当然是一个优点。时分-空分交换机的另一个优点是简单的通道选择，因为从一个给定的输出多路位置到一个给定的输入多路位置只有一条通道，这条通道对于这些多路位置之间的连接总是可用的。
但是，由于时分-空分交换机中语音存储单元、控制存储器和复用器之间内部连接的巨额数量和成本，时分-空分交换机通常被认为是不可分割和非模块化的。尽管当技术逼近极限，在同一机架上已压缩尽可能多的元件和电缆连接时，目前的TS交换机容量已达到216K，但传统的大型面向字的TS交换机容量为128K。目前面向比特的TS交换机的最大容量为16到24K。在许多通信应用中，需要更高的面向字和比特的交换容量，这使得传统的TS交换机结构已不能满足要求。
根据发明，这里提供了一种模块化的通用时分-空分交换机，它以例如图5和6所示的交换机的双模交换机模块为基础。
使整个通用交换机模块化的基本思想是：取出TS交换机核心的空分交换功能部分，并将其放到交换适配板组中，TS交换机核心本身被分成较小的独立时分-空分交换模块或交换单元，这些模块或单元与交换适配板相连。每组交换适配板与预定的一行交换模块协同工作，以向模块输入数据，并且同时与预定的一列交换模块协同工作，以输出来自模块的数据。根据这种方法，通过不同子机架之间合理数目的互连，就可能实现由若干子机架构成的时分-空分交换结构，从而得到一种真正模块化的TS交换机结构。交换机的模块化意味着被处理的基本组成部件较小，这使得技术复杂度永远不会上升到不合理的程度。
模块化交换机具有成本和灵活性方面的优势。举例来说，可以从只有一个交换模块或几个模块、成本较低的一个交换机开始。如果以后需要更大的容量，就很容易另外添加合适数目的交换模块，以使整个交换机变得更大。根据这种方法，有效成本将会很接近实际的容量需求。另外，对于所有容量的交换机可以使用类似或系统的软件和维护程序，因为主要的基本组成部件即双模交换模块和交换适配板是相同的。
在下文中，交换适配板还将被称作交换适配单元。因为可以在一块电路板上放下整组交换适配板，所以术语交换适配单元可能比术语交换适配板更为贴切一些。但是，当在单块电路板上提供每个交换适配单元时，术语交换适配板当然比较合适。
图8是关于本发明模块化通用交换机结构的一种示范性实例方框图。交换机结构200包括交换模块SM0-0到SM7-7组成的一个交换矩阵，在SAB0-7、SAB8-15、…、SAB56-63组内有若干交换适配板202。每组交换适配板与矩阵201中预定的一行交换模块SM相连，以向这些交换模块SM输入数据。每组交换适配板还与矩阵201中预定的一列交换模块SM相连，以输出来自该列中这些交换模块SM的数据。交换适配板SAB通常用作交换机结构200的输入接口和输出接口。
当然，正如本领域的技术人员将能理解的那样，整个通用交换机不仅包括模块化的交换机结构，还包括一些辅助设备，例如控制单元(未表示)以及一个时钟和同步信号产生系统(未表示)。
交换模块SM0-0到SM7-7如图8所示，但是应当理解每个交换模块SM都配有一个面向字的时分-空分交换单元、一个面向比特的时分-空分交换单元和一个可控选择器，从而可以支持标准速率交换和子速率交换。后面将参考图9描述交换模块的一种详细配置实例。
每组交换适配板与预定的各列交换模块之间关系如图8所示，其中每组交换适配板通过实线与对应的一列交换模块连接在一起。图8中给出的粗线只是为了便于看图。每组交换适配板与预定的各行交换模块之间关系非常直接，因此图8中没有表示。
图9是关于本发明模块化通用交换机的一种示范性实例的更详细方框图，该交换机带有一个2×2的交换模块矩阵。交换机结构201包括按照一个2×2矩阵排列的四个交换模块SM0-0到SM1-1以及16个交换适配板SAB0到SAB15。为了简单起见，图中只表示了交换适配板SAB0、SAB1、SAB8和SAB15。交换适配板SAB0到SAB15被分成两组，每组八个交换适配板；SAB0-SAB7在第一组内，SAB8-SAB15在第二组内。每个交换模块SM包括一个面向字的交换机WSW、一个面向比特的交换机BSW和一个可控选择器SEL。在本例中，面向字的交换机WSW是一个64K TS交换单元，最好与图5所示面向字的交换机相同，面向比特的交换机BSW是一个8K TS交换单元，最好与图5所示面向比特的交换机相同。
第一组适配板SAB0-7与第一行交换模块SM0-0和SM0-1相连，该组中的每块交换适配板SAB与交换模块SM0-0和SM0-1中面向字的交换机WSW的各预定输入端位置相连，以向与该输入端位置对应的语音存储单元传送来自交换适配板SAB的数据。相应地，第二组适配板SAB8-15与第二行交换模块SM1-0和SM1-1相连，第二组适配板SAB8-15中的每块交换适配板SAB与交换模块SM1-0和SM1-1中面向字的交换机WSW的各预定输入端位置相连，以向与该输入端位置对应的语音存储单元传送来自交换适配板SAB的数据。
在这一特定例子中，每块交换适配板SAB包括一个接收时分复用数据信号流的输入接口。该输入接口与一个配线点相连，后者又与一个预定输入端位置处的面向字交换输入端IN相连，并把复用数据传送给它，使得在交换模块相关行内每个面向字的交换机WSW中，与一个输入端IN相连的所有语音存储单元接收复用数据。
参考图9，可以看出交换适配板SAB0的配线点与交换模块SM0-0中面向字的交换机WSW的第一输入端以及交换模块SM0-1中面向字的交换机WSW的第一输入端相连。SAB1的配线点与SM0-0和SM0-1中面向字的交换机WSW的第二输入端相连。SAB8的配线点与SM1-0和SM1-1中面向字的交换机WSW的第一输入端相连，SAB15的配线点与SM1-0和SM1-1中面向字的交换机WSW的最后一个输入端相连。
在每个交换模块SM中，面向比特的交换机BSW被连接，以便接收与对应的面向字的交换机WSW中一个预定输入端IN相同的输入信号。选择器SEL与面向比特的交换机BSW的输出端以及相关的面向字的交换机WSW的一个预定输出端相连，以选择来自面向字的交换机WSW的输出端的字或由面向比特的交换机BSW构成的字。对于每个输出时隙，整个通用交换机的控制系统(未表示)最好将建立一条通过面向字的交换机WSW或通过面向比特的交换机BSW的连接通道。如果分配给输出时隙的的数据与标准速率业务相关，控制系统将建立一条通过面向字的交换机WSW的连接通道。另一方面，如果分配给输出时隙的数据与子速率速率业务相关，控制系统将建立一条通过面向比特的交换机BSW的连接通道。
每个面向比特的交换机BSW还包括把与当前已建立的连接无关的输出比特值设置为逻辑零的设备。面向比特的交换机BSW中的控制存储器CS最好包括用于每个数据比特的一个忙比特，它指示对应的数据比特目前是否用于业务，即数据比特是有效还是无效。通常，如果对应的数据比特有效，忙比特为＂1＂，如果数据比特无效，忙比特为＂0＂。举例来说，可以为图6面向比特的交换机BSW提供若干附加的AND门，其每个门与各8/1 MUX以及对应的控制存储器CS相关联。然后连接每个AND门，以接收相关的8/1 MUX的输出以及来自控制存储器CS的对应忙比特，AND门的输出将与B/W变换器相连。根据这种方法，与当前已建立连接无关的输出比特即无效比特的值将被设置为逻辑零。其原因将在后面解释。
每组交换适配板还与矩阵中特定的一列交换模块SM相连。第一组适配板SAB0-7与第一列交换模块SM0-0和SM1-0相连，该组中的每块交换适配板SAB与交换模块SM0-0和SM1-0中面向字的交换机WSW的各预定输出端位置相连，以便提取来自输出端OUT，或合适的话，来自该位置处选择器SEL输出端的数据。相应地，第二组适配板SAB8-15与第二列交换模块SM0-1和SM1-1相连，每块交换适配板SAB还包括一个空分交换功能单元，它以可控的复用器2/1 MUX和相关的控制存储器CS的形式存在。空分交换功能复用器2/1 MUX与没有连接选择器SEL的面向字交换机WSW的预定输出端位置处的输出端OUT相连，或与选择器SEL的输出端OUT相连，以便接收数据。控制存储器CS保持控制复用器2/1 MUX的控制信息。
连接每组交换适配板中的一个预定交换适配板(SAB0-7组中的SAB0，以及SAB8-15组中的SAB8)，以便接收来自交换模块SM的相关列中选择器SEL的所选字。这些预定交换适配板SAB0和SAB8用作在比特级进行交换的业务的输入和输出接口。
每组交换适配板中的预定交换适配板还带有一个OR门，用于对所选字进行比特方式的OR操作。该交换适配板中的空分交换功能复用器2/1 MUX接收来自相关的列交换模块的数据，并向OR门传送同一数据。
预定的交换适配板最好还包括一个附加复用器2/1 MUX，它与交换适配板中的空分交换功能复用器2/1 MUX输出端以及OR门输出端相连，以选择来自空分交换功能复用器2/1 MUX的字或来自OR门的字作为输出。
对于子速率交换，当来自相关面向比特的交换机BSW的字由对应的选择器SEL送往预定交换适配板时，来自OR门的OR操作结果将作为交换适配板输出由交换适配板中的附加复用器2/1 MUX转发。因为与已建立连接无关的输出比特被置为＂0＂，相关输出比特将通过OR门传送。根据这种方法，成功实现了用于模块化结构的子速率交换。
对于每个交换模块，面向字的交换机WSW的输入端IN和面向比特的交换机BSW的输入端IN用作交换模块SM的输入接口。面向字的交换机WSW的输出端OUT(除与可控选择器SEL输入端连接的一个之外)以及可控选择器SEL的输出端OUT都被用作交换模块SM的输出接口。
交换适配板通常构成了整个通用交换机的输出接口。具体地说，交换适配板SAB1-7和SAB9-15中的空分交换功能复用器2/1 MUX输出端、以及预定交换适配板SAB0和SAB8中的附加复用器2/1 MUX输出端都被用作通用交换机的输出端。
尽管图9中没有表示把选择器SEL集成在面向字的交换机WSW中，但是应当理解这种集成解决方案也是可行的。在这种情况下，交换模块按照图6所示的通用交换机进行配置。
为了更好地理解图9模块化交换机结构的操作，下面将参考图10描述一个如何在这种交换机结构中进行比特级业务交换的示范性实例。
图10是一个方框图，描述了业务如何通过图9的交换机结构进行比特级交换的一个实例。交换模块SM0-0收到包括子速率业务数据的两个时隙TS1和TS2。这些时隙最好从交换适配板SAB0送到交换模块。时隙中的数据通过交换模块SM0-0中面向比特的交换机BSW进行交换，以构成第一个新字，其中当前没有用于业务的比特被置为＂0＂。如图9和10所示，这一新字被从选择器SEL送到交换适配板SAB0。交换模块SM1-0收到包括子速率业务数据的两个时隙TS3和TS4。这些时隙最好从交换适配板SAB8送到交换模块。时隙中的数据通过交换模块SM1-0中面向比特的交换机BSW进行交换，以构成第二个新字，其中当前没有用于业务的比特被置为＂0＂。这一新字被从交换模块SM1-0中的选择器SEL送到交换适配板SAB0。
在交换适配板SAB0中，来自交换模块SM0-0和SM1-0的选择器SEL的新字被送给OR门(图9)，并且通过进行一种比特方式的OR操作来产生交换适配板的一个输出字。如果操作正确，总体控制系统(未表示)控制着交换模块SM0-0和SM1-0中面向比特的交换机BSW内新字的形成，以使得第一个字中被置为＂0＂的比特将放在与第二个字中业务数据占用的位置所对应的比特位上，反之亦然。根据这种方法，与当前已建立连接对应的相关输出比特将被作为输出而从交换适配板SAB0送出。这一原理如图10所示。
在发明的一个可替换实施例中，通过使用反相的忙比特以及在面向比特的交换机BSW中用OR门取代AND门，把与当前已建立的连接无关的输出比特(即所谓无效比特)的值设为逻辑1，＂1＂，从而使得与当前已建立的连接对应的相关输出比特作为输出而从交换适配板SAB0送出。另外，预定交换适配板SAB0中的OR门要由传送相关输出比特的AND门来代替。
下面将简要描述以双模交换模块SM和交换适配板SAB为基础设计不同容量的交换机结构的原理。例如，假定每个交换机模块SM包括一个64K面向字的交换机和一个8K面向比特的交换机。那么，为了得到一个面向字交换容量为128K和面向比特交换容量为16K的通用交换机，必须使用按2×2矩阵排列的4个双模交换模块SM和两组交换适配器SAB0-7和SAB8-15。对于一个面向字交换容量为192K和面向比特交换容量为24K的通用交换机，必须使用按3×3矩阵排列的9个双模交换模块SM和三组交换适配器SAB0-7、SAB8-15、SAB16-23。本发明的模块化交换机概念还允许构成更大的交换机。通过增加双模交换模块SM和交换适配板SAB，很容易获得面向字交换容量达512K和面向比特交换容量达64K或甚至更多的通用交换机。下面的表I说明了总交换容量、子速率容量和所需双模交换模块SM和交换适配板SAB数量之间的关系，表中假定每个交换模块总的字交换容量为64K，比特交换容量为8K。
表I
交换容量(K) 子速率容量(K) 双模交换模块数 交换适配板数
    64     8     1     8
    128     16     4     16
    192     24     9     24
    256     32     16     32
    320     40     25     40
    384     48     36     48
    448     56     49     56
    512     64     64     64
上述实施例仅仅是作为实例给出，应当理解本发明并不局限于此。显然可以在不脱离发明思想的前提下，根据不同于这些描述的特定形式实施发明。保持了此处所揭示和要求的基本原理的其他变化和改进，将处于发明的范围和思想之内。

Claims (18)

1.一种通用交换机，包括一台面向字的交换机(WSW)和一台面向比特的交换机(BSW)，其特征在于所述通用交换机还包括：
为所述面向字的交换机(WSW)和所述面向比特的交换机(BSW)提供一个公共输入信号的装置，该信号包含出现在时隙中的数据；
用于对预定数目的每个输出时隙至少建立通过所述面向字的交换机(WSW)的第一连接通道(CP1)和通过所述面向比特的交换机(BSW)的第二连接通道(CP2)中的一条通道的装置；以及
为每个所述输出时隙选择来自一条已建立的所述第一连接通道(CP1)和所述第二连接通道(CP2)中的数据的选择器(SEL)；
一个控制系统，用于控制所述通用交换机的交换操作，使得对于普通速率的业务，所述第一连接路径被建立而所述选择器(SEL)被控制从所述第一连接路径选择数据，而对于子速率业务，所述第二连接路径被建立而所述选择器(SEL)被控制从所述第二连接路径选择数据。
2.根据权利要求1的通用交换机，其特征在于，对于每个所述输出时隙，所述建立装置只用于建立所述第一连接通道(CP1)和所述第二连接通道(CP2)中的一条，所述选择装置(SEL)用于选择来自已建立连接通道的数据。
3.根据权利要求1的通用交换机，其特征在于，对于每个所述输出时隙，所述建立装置用于建立所述第一连接通道(CP1)和所述第二连接通道(CP2)，所述选择装置(SEL)用于选择来自已建立的所述第一连接通道(CP1)和所述第二连接通道(CP2)中的一条的数据。
4.根据权利要求1的通用交换机，其特征在于，其中所述面向字的交换机(WSW)和所述面向比特的交换机(BSW)是时分-空分交换机。
5.根据权利要求1的通用交换机，其特征在于，所述面向字的交换机(WSW)带有一个接收由字的形式数据组成的所述公共输入信号的第一输入端、有选择地对所述公共输入信号中的字进行字级交换的第一装置、以及与所述第一交换装置连接以便输出字的第一输出端；
所述面向比特的交换机(BSW)带有一个接收所述公共输入信号的第二输入端、有选择地对所述公共输入信号中的字内比特进行交换以便构成新字的第二装置、以及与所述第二交换装置连接以便输出该新字的第二输出端；以及
所述选择装置(SEL)与所述第一输出端和所述第二输出端相连，用于选择由所述第一交换装置交换的字或所述第二交换装置构成的新字，并输出所述选择的字。
6.根据权利要求5的通用交换机，其特征在于，用于交换比特的所述第二装置在操作中受控而改变接收字中的比特位置和/或所选比特的字，从而构成所述新字。
7.根据权利要求1的通用交换机，其特征在于，所述面向字的交换机(WSW)带有一个用于接收由字的形式的数据组成的所述公共输入信号的第一输入端、有选择地对所述公共输入信号中的字进行字级交换的第一装置、以及与所述第一交换装置连接以便输出字的第一输出端；
所述面向比特的交换机(BSW)带有一个用于接收所述公共输入信号的第二输入端、有选择地对所述公共输入信号中的字内比特进行交换以便构成新字的第二装置、以及与所述第二交换装置连接以便输出该新字的第二输出端；以及
所述选择装置(SEL，2/1 MUX)被集成在所述面向字的交换机(WSW)中，并用于选择由所述面向字的交换机(WSW)中的所述第一交换装置交换的字或所述面向比特的交换机(BSW)中的所述第二交换装置构成的新字，并输出所述选择的字。
8.根据权利要求1、5或7的通用交换机，其特征在于，所述选择装置(SEL)是受所述通用交换机的所述控制系统(CS)控制的一个可控的选择器(2/1 MUX)。
9.根据权利要求1的通用交换机，其特征在于，所述面向字的交换机(WSW)包括：
接收由字形式的数据组成的输入信号的多个输入端(IN)，其中一个预定的所述输入端(IN)接收所述公共输入信号；
存储接收字的多个语音存储(SS)单元，所述语音存储(SS)单元排列成一个具有列和行的语音存储矩阵，每个输入端(IN)与所述语音存储矩阵中预定行的语音存储(SS)单元相连，从而使得输入端(IN)接收的每个字被存储在所述预定行中的每个语音存储(SS)单元内；
多个第一复用器(MUX)，其中每个复用器与所述语音存储矩阵的一个相应列的语音存储(SS)单元相关连；
多个控制存储器(CS)，每个所述控制存储器(CS)与所述语音存储矩阵的一个相应列以及同一列语音存储(SS)单元所对应的第一复用器(MUX)相关连，并保持着用以进行以下控制的控制信息：
-从语音存储列中的每个语音存储(SS)单元中读取一个字；
-所述第一复用器(MUX)从所述语音存储列中的哪一个语音存储(SS)单元中提取一个字作为输出字。
10.根据权利要求9的通用交换机，其特征在于，所述面向比特的交换机(BSW)带有一个用于接收所述公共输入信号的第二输入端、有选择地对所述公共输入信号中的字内的比特进行交换以构成新字的第二装置、以及与所述第二交换装置连接的第二输出端；以及
所述选择装置(SEL)包括一个第二复用器(2/1 MUX)，它与一个预定的所述第一复用器(MUX)的输出端以及所述面向比特的交换机(BSW)的第二输出端相连，所述第二复用器(2/1 MUX)受附加控制信息控制，该附加信息存储在与所述预定第一复用器(MUX)相关的第一控制存储器(CS)中。
11.根据权利要求1的一种通用交换机，其特征在于，所述面向比特的交换机(BSW)包括：
接收所述公共输入信号的一个输入端(IN)，所述公共输入信号包括字形式的数据，
与所述输入端相连的一个字到比特分解器，用于把接收的字分解到比特级，从而使每个字被分拆成多个比特(BIT0-BIT7)；
存储所述被分解比特的多个语音存储(SS)单元，所述语音存储(SS)单元排列成一个具有列和行的语音存储矩阵，对于每个被分解的字，所述语音存储矩阵中的每一行对应于该字的一个预定比特，以使该比特被存储在该行的所有语音存储(SS)单元中；
多个复用器(MUX)，每个复用器与所述语音存储矩阵的一个相应列的语音存储(SS)单元相关连；
多个控制存储器(CS)，每个控制存储器与所述语音存储矩阵的一个相应列以及对应的复用器(MUX)相关连，每个控制存储器(CS)保持着用于进行以下控制的控制信息：
-从语音存储列中的每个语音存储(SS)单元中读取一个比特；以及
-所述复用器(MUX)应当从语音存储列中的哪个语音存储(SS)单元中提取一个比特作为输出比特；以及
一个用于把所述复用器(MUX)的输出比特组合成新字的比特到字变换器(B/W CONV)。
12.根据权利要求1的通用交换机，其特征在于，所述通用交换机是一个通信交换机，它还包括：
为所述通用交换机提供时钟信号和同步信号的一个时钟信号和同步信号产生系统。
13.一种通用交换机，其特征在于，所述通用通信交换机包括：
排列成具有行和列的一个矩阵的多个交换模块(SM)；
按组配置的多个交换适配单元(SAB)，每个所述交换适配单元组与所述矩阵中预定行的交换模块相关连，以便向该行的交换模块输入字，每组还与所述矩阵中预定列的交换模块相关连，以便输出来自所述列的交换模块的字；
用于控制所述通用交换机的交换操作的控制系统；
每个所述交换模块(SM)包括：
一台面向字的交换机(WSW)，它带有用于接收字的多个第一输入端、有选择地对所述字进行字级交换的第一装置、和用于输出字的多个第一输出端；
一台面向比特的交换机(BSW)，它带有一个用于接收与一个预定的所述第一输入端相同的字的第二输入端、有选择地对所述字中的比特进行交换以构成新字的第二装置、和输出所述新字的一个第二输出端；以及
第一选择器(SEL)，被所述控制系统控制，对于普通速率业务，用于选择来自所述面向字的交换机(WSW)的一个预定的所述第一输出端的字，并且对于子速率业务，用于选择由所述面向比特的交换机(BSW)构成的新字，所述第一选择器(SEL)带有用于输出所述被选字的第三输出端；
面向字的交换机(WSW)的所述第一输入端和面向比特的交换机(BSW)的所述第二输入端被用作交换模块(SM)的输入接口，并且所述面向字的交换机(WSW)中未与所述第一可控选择器(SEL)相连的第一输出端和所述第一选择器(SEL)的所述第三输出端被用作交换模块(SM)的输出接口；
对于每组交换适配单元，一个预定的交换适配单元(SAB)被连接成用以接收来自与交换适配单元组相关联的交换模块列中第一选择器(SEL)的所述被选字，该单元还带有用于传送与当前已建立的连接相关联的所述被选字中的比特的装置。
14.根据权利要求13的通用交换机，其特征在于，所述面向字的交换机(WSW)和所述面向比特的交换机(BSW)是时分-空分交换机，每个交换适配单元(SAB)带有一个空分交换功能单元，该单元工作在用于输出来自对应交换模块(SM)的字的过程中。
15.根据权利要求13和14的通用交换机，其特征在于，所述面向比特的交换机(BSW)包括把所述新字中与当前未建立的连接相关联的输出比特即所谓的无效比特的值设置为逻辑零的装置，所述传送装置包括用于对所述被选字进行比特方式的OR操作以传送所述被选字的有效比特的装置(OR)，并且所述预定交换适配单元(SAB)还包括一个第二可控选择器，用于选择来自所述预定交换适配单元的空分交换功能单元的字或来自用于执行比特方式OR操作的所述装置(OR)的字。
16.根据权利要求13和14的通用交换机，其特征在于所述面向比特的交换机(BSW)包括用于把所述新字中与当前未建立的连接相关联的输出比特即所谓的无效比特值设置为逻辑1的装置，并且所述传送装置包括用于对所述被选字进行比特方式的AND操作以传送所述被选字的有效比特的装置，并且所述预定的交换适配单元(SAB)还包括一个第二可控选择器，用于选择来自所述预定的交换适配单元的空分交换功能单元的字或来自用于进行比特方式AND操作的所述装置的字。
17.在包括一台面向字的交换机(WSW)和一台面向比特的交换机(BSW)的通用交换机中进行交换的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
为所述面向字的交换机(WSW)和所述面向比特的交换机(BSW)提供一个公共输入信号，该信号由在时隙中出现的数据组成；
至少为每个输出时隙建立通过所述面向字的交换机(WSW)的第一连接通道(CP1)和通过所述面向比特的交换机(BSW)的第二连接通道(CP2)中的一条通道；以及
为所述输出时隙选择来自所述第一连接通道(CP1)和所述第二连接通道(CP2)中的已建立的一条的数据；
控制所述通用交换机的交换操作，使得对于普通速率业务，所述第一连接路径被建立并从所述第一连接路径选择数据，对于子速率业务，所述第二连接路径被建立并从所述第二连接路径选择数据。
18.根据权利要求17用于交换的方法，其特征在于，只建立所述第一连接通道(CP1)和所述第二连接通道(CP2)中的一条。
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