CN1123172C - 异步转移模式通信网络内的反复用 - Google Patents

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Abstract

异步转移模式(ATM)通信网络内的软件反复用由利用高带宽通信链路接收ATM信元流的第一ATM交换机提供。与第一ATM交换机有关的分段与重新装配(SAR)模块将所接收的ATM信元重新装配为相应的用户数据包。识别所装配的用户数据包顺序的控制数据加给每个用户数据包上，并分解为相应的ATM信元。随后利用多条低带宽通信链路将所分解的ATM信元传送给第二ATM交换机，第二ATM交换机通过所述低带宽通信链路接收所发送的ATM信元，与第二ATM交换机有关的SAR模块此后将所接收的ATM信元重新装配为相应的用户数据包。利用所公开的控制数据，所接收的用户数据包再同步为其原始顺序。随后除去控制数据并将用户数据包反分解为相应的ATM信元。随后通过出局高带宽通信链路将所分解的ATM信元传送。

Description

异步转移模式通信网络内的反复用
技术领域
本发明涉及包通信，具体地说，涉及异步转移模式(ATM)通信网络内ATM信元的反复用。
背景技术
以往，在局域网(LAN)与广域网(WAN)内使用单独的方法和协议来传送信息。由于大量单独进行控制和构造的网络，当在多个不兼容网络之间传送用户数据时，有关网络之间这种区别产生相互配合的问题。结果，引入异步转移模式(ATM)标准作为世界标准来允计有关网络之间信息的互用性，而不管“终端系统”或信息类型如何。利用ATM，将要发送的用户信息分段为固定长度信元并传送给目的地，在目的地重新装配。固定长度使信元通过网络以可预测的方式进行传送并使有关的交换机和传送机构能获得高速和灵活的通信。
现在参见图1，表示ATM网络10的方框图，举例说明具有其间连接的多条窄带T-1通信线路的两个ATM交换机。第一ATM交换机20通过诸如OC-3的高带宽入局通信链路30接收ATM信元流。虽然希望将所接收的信元利用另一高带宽连接转换到第二ATM交换机50，但由于缺少通信资源，第一ATM交换机20可能不得不使用其他较低速率的通信链路。例如，第一ATM交换机20通过多条较慢速率的T-1链路40将所接收的信元发送给第二ATM交换机50。T-1/E-1通信链路通常由公共交换电话网(PSTN)用于在美国以及全世界范围内传送话音和数据，并且遍及服务区和可在服务区内得到。由于没有其他可用的连接可用，第一ATM交换机20划分(分解式分配)所接收的ATM信元并通过许多较慢T-1/E-1通信链路发送所分解的信元给第二ATM交换机50。此后第二ATM交换机50重新装配和再同步在多条T-1通信链路上接收的信元。随后第二ATM交换机50利用诸如另一OC-3链路60的出局高带宽通信链路发送重新装配的ATM信元。将利用多条通信链路传送的这种分解与重新装配信元处理称为反复用。
但是，以常规方法执行反复用效率低又昂贵，需要修改或重新构造每个ATM交换机现有的硬件部件。而且，需要加上附加的反复用芯片或模块以便分解利用高带宽通信链路接收的信元并重新装配通过许多较慢带宽通信链路接收的信元。否则，所传送的流中的信元顺序可能改变并且会破坏所发送数据的完整性。不幸地，对每个ATM交换机内有关的硬件部件进行这样的改变是昂贵的和低效的。例如，需要称为目前定义的传输会聚(TC)子层与ATM层之间的ATM反复用(IMA)传输会聚子层(IAM TC)的新的物理子层。
因此，需要提供更有效和更容易的反复用机构。
发明内容
本发明提供用于反复用通过多条低带宽通信链路从高带宽通信链路接收的异步转移模式(ATM)信元流的方法和设备。根据本发明教导的ATM反复用(IMA)装置包括发射机(第一ATM交换机)、接收机(第二ATM交换机)、其间连接的多条低带宽通信链路、发射机与接收机之间的协议、发射机上的负载平衡算法和接收机上的循环重新排序算法。利用入局高带宽通信链路接收ATM信元流并利用位于第一ATM交换机内的分段与重新装配(SAR)模块装配到有关的(数据)包中。此后与SAR模块有关的中央处理单元(CPU)在每个数据包内加上控制数据以便识别所述数据包对于由第一交换机接收的或要接收的其余(数据)包的位置。随后利用SAR模块将所修改的包分解为ATM信元流，并由发射机通过多条低带宽通信链路发送。虽然利用多条低带宽通信链路，但与特定包有关的ATM信元是利用同一条低带宽通信链路发送的。
与第一ATM交换机有关的负载平衡算法有选择地确定通信链路，以便传送与要发送的下一个包有关的ATM信元，试图在多条可用的低带宽通信链路上均匀分布所接收的有效负载。
此后第二ATM通信交换机利用多条低带宽通信链路接收所发送的ATM信元，并将所接收的ATM信元重新装配到相应的包。然后利用在每个包内提供的顺序号将这些包再同步到它们的原始顺序。可以利用接收机上的循环重新排序算法执行这种重新排序。随后利用与第二ATM通信交换机有关的SAR模块将该再同步包进行分解，并通过诸如OC-3通信链路的连接高带宽通信链路进行发送。
在一个实施例中，第一ATM通信交换机包括多个寄存器，用于存储表示与所述多条低带宽通信链路的每一条链路有关的业务量的数据。与第一ATM通信交换机有关的CPU评估此多个寄存器以选择具有最低业务量的低带宽通信链路。随后利用所选的低带宽通信链路发送与要发送的下一个包有关的ATM信元。
在另一个实施例中，第二ATM通信交换机包括循环缓冲器，用于存储和再同步通过所述多条低带宽通信链路接收的包。
在又一个实施例中，与第一ATM通信交换机有关的CPU在每个所述包中存储对话号，用于识别在所述第一ATM通信交换机与所述第二ATM通信交换机之间建立的用于传送这种信元的虚拟连接。
附图说明
通过参阅下面结合附图的详细描述可以更全面理解本发明方法和设备，其中：
图1如上所述是表示其间具有多条连接的窄带宽T-1通信链路的两个ATM交换机的异步转移模式(ATM)网络的方框图；
图2是分解为多个固定大小的ATM信元的用户数据包的方框图；
图3是表示根据本发明教导实施反复用的两个ATM交换机的ATM网络方框图；
图4是表示根据本发明教导通过入局高带宽通信链路接收的ATM信元传输给多条低带宽通信链路的另一方框图；
图5是表示中央处理单元(CPU)和与两个ATM交换机有关的用于执行反复用的分段与重新装配(SAR)模块的ATM网络的方框图；
图6是与多个用于保持与多条低带宽通信链路有关的业务量记录的寄存器有关的ATM交换机的方框图；
图7是具有用于根据本发明教导实施反复用的对话与顺序数据的IMA消息数据包的方框图；
图8是存储用于在第一ATM交换机与第二ATM交换机之间建立虚拟连接的对话号的IMA消息数据包的数据图；
图9是存储用于根据本发明教导传送有效负载的顺序号的IMA数据包的数据图；
图10是表示在两个ATM交换机之间传送的以便同步其间的虚拟连接的信号顺序的信号顺序图；和
图11是表示由接收ATM交换机用于再同步通过多条低带宽通信链路接收的用户数据包的园形缓冲器的方框图。
具体实施方式
图2是分解为多个固定大小的ATM信元110的用户数据包100的方框图。诸如ATM应用层(AAL)5数据包的用户数据包100具有可变的有效负载大小。AAL5数据包110随后划分或分裂为所示的多个ATM信元110A-110N，上述的ATM技术基于标准的53字节或八比特组(8比特)信元，前5个字节传送控制信息并且称为信元的“标题”120，其余的48个字节传送用户信息或有效负载。因此，所需数量的ATM信元用于调节AAL5数据包110所要求的有效负载，与原始ALL5数据包有关的ATM信元随后从始发交换机发送给目标交换机。一旦所有的ATM信元传送给最后的目标点，接收机交换机将ATM信元重新装配为原始的ALL5用户数据包。随后利用所包括的有效负载在其间进行通信。
图3是表示根据本发明教导实施反复用的两个ATM交换机的ATM网络方框图。ATM反复用(IMA)的构想是使用几条小容量传输线路来调节大带宽连接。根据本发明教导的软件反Mux是处理AAL数据包上的ATM业务量。在连接建立时刻，当路由选择算法或系统管理器确定只有窄带宽通信链路可以利用而所请求连接的带宽大于任何一个可用的带宽速率时，管理器触发反Mux连接建立。参见图3，随后在第一ATM交换机20与第二ATM交换机50之间利用均具有1.5Mb/s速率的三条不同的T-1通信链路来调节所请求的4Mb/s带宽。
对于反Mux设计，有几个质询，ATM硬件通过不改变利用信号虚拟连接(VC)发送的ATM信元的顺序来保证数据完整性。由于上述保证和面向连接的特性，ATM信元不传送任何顺序信息。结果，不要求目标ATM交换机再同步信元。但是，当利用特定VC(诸如OC-3)接收的多个ATM信元进行划分并利用多个VC(诸如多条T-1线路)发送时，接收交换机可能无序地接收信元。由于信元自身不包含任何顺序或次序号，所以接收交换机没办法正确地将所接收的信元再同步为正确的顺序并保证上面保证的数据完整性。
根据本发明的教导，当通过大带宽连接接收ATM信元时，将信元组合为有关的用户数据包。随后，利用特定低带宽连接发送属于每个用户数据包的ATM信元。例如，代表第一用户数据包P1的ATM信元130组合在一起并利用多条T-1通信链路40A之一进行发送。在发送第一用户数据包的同时，第一ATM交换机给此数据包加上一个顺序号。类似地，利用另一条T-1通信链路40B发送与第二用户数据包P2有关的ATM信元140，也类似地利用最后一条T-1通信链路40C发送与下一用户数据包P3有关的ATM信元150。一旦由第二ATM交换机接收所发送的ATM信元，再将ATM信元装配回其有关的用户数据包。利用存储在每个接收的数据包内的顺序号，第二ATM交换机40随后将这三个用户数据包再同步为其原始顺序。正确同步的用户数据包随后分解为合适数量的ATM信元160，并通过出局高带宽OC-3通信链路进行发送。
图4是表示根据本发明教导通过多条低带宽通信链路从入局高带宽通信链路中接收的ATM信元传输的另一方框图。利用诸如OC-3的入局高带宽通信链路30接收的ATM信元由与第一ATM交换机20有关的装配器200进行装配。确定为与诸如AAL5数据包的特定用户数据包有关的ATM信元随后由发射机220利用低带宽通信链路之一发送给第二ATM交换机50，与第二ATM交换机50有关的接收机230通过T-1线路接收所发送的ATM信元并将它们传送给分解器210。分解器210等待，直至接收到与特定用户数据包有关的所有ATM信元，并通过出局高带宽OC-3通信链路60重发它们。
图5是表示中央处理单元(CPU)和与执行软件反复用的两个ATM交换机有关的分段与重新装配(SAR)模块的ATM网络的方框图。ATM信元由诸如Samsung STARacer ATM交换机的第一ATM交换机利用OC-3通信链路30接收，路由选择表(RT)300随后将所接收的ATM信元传送给第一分段与重新装配(SAR)模块或芯片310。与SAR模块310有关的第一应用模块330随后将信元装配为AAL5数据包并进行CRC32检查。如果装配数据包是“好”数据包，则SAR模块310中断有关的中央处理单元(CPU)320并将所装配的AAL5数据包放置在第一指定的存储器位置340中。CPU320随后给所放置的协议数据用户(PDU)或AAL5数据包加上顺序号并选择T1通信链路40来传送此数据包。在选择出局通信链路的同时，CPU利用负载平衡算法选择具有最低业务负载的T1链路。具有其中存储的顺序号的PDU或AAL5数据包随后向下传回给SAR模块310，SAR模块310将用户数据包分解为许多ATM信元并利用所选的T-1通信链路40传送与特定用户数据包有关的所有分解的ATM信元。
以相同的方式，与第二ATM交换机50有关的接收机230接收利用一条T-1通信链路40传送的ATM信元并将ATM信元传送给与之有关的第二SAR模块360。与第二SAR模块360有关的第二应用模块370随后将所接收的ATM信元重新装配为PDU或AAL5数据包并将它放置在指定的存储器位置380中，与第二ATM交换机50有关的CPU重新排序所接收的AAL5或PDU数据包与利用其他T-1通信链路接收的其他数据包，并将它们发回给第二SAR模块360。第二SAR模块360则将AAL5数据包分解为许多ATM信元并使用路由选择表390以便以常规方式通过出局OC-3通信链路60发送信元。
上面示例是表示单向连接。结果，第一ATM交换机20称为“发射机”，而第二ATM交换机50称为“接收机”。对于双向连接或通信，以相同方式使用两对发射机和接收机。
图6是耦合到用于保持与多条低带宽通信链路40A-40D有关的业务量记录的多个寄存器400A-400D的ATM交换机20的方框图。诸如随机存取存储器(RAM)设备400A、400B、400C与400D的寄存器由有关的CPU320维持，以便保持分别与低带宽通信链路40A、40B、40C和40D有关的当前业务量的记录。根据本发明的教导，当SAR310将所接收的ATM信元重新装配为用户数据包并通知其中有关的CPU320时，CPU评估寄存器400A-400D以确定合适的低带宽通信链路来发送此数据包。作为一个实施例，CPU选择与具有其中存储的最低业务量值的寄存器有关的通信链路，即选择至少使用过的T1链路。在传输之后，有关的寄存器随后进行更新以表示所确定的T1通信链路的当前业务量状态。作为另一个实施例，能使用另一算法来轮流选择可用的链路以便在可用的T-1通信链路上均匀分布信元。
为了根据本发明教导实施软件反复用，也需要用于确定调整利用OC-3入局通信链路接收的带宽所需的T-1连接数量的方法和装置。因此，这两个ATM交换机需要确定需要多少T1虚拟连接(VC)来支持利用OC-3 VC接收的ATM信元。为了利用N Mb/s的峰值信元速率(PCR)调整原始OC-3 VC，需要N数量的T1Vc，其中N/M小于T1速率(N/M＜T1速率)，并且N/(M-1)大于T1速率(N/(M-1)＞T1速率)。结果，每个分配的T1将使其大于50％的带宽被T1VC利用。(N/M*(1+10％))与T1速率之间较低的值则指定为所选T1VC的PCR与可持续信元速率(SCR)。在接收端在T1线路上不实施UPC(控制)。
在分配所要求数量的T1VC之后，利用上述的分布算法在所分配的T1通信链路上均匀或最佳分布输入的ATM信元。
根据本发明的教导，有两种不同的用于在两个ATM交换机之间利用T-1连接建立虚拟连接并在其间进行通信的实施例。第一实施例使用同一种消息格式来建立虚拟连接和在两个交换机之间传送数据。第二实施例使用第一消息格式来建立虚拟连接和使用第二消息格式来在其间传送数据。
现参见图7，图7表示根据上述第一实施例的格式化(第一格式)的IMA消息数据包的方框图。在两个ATM交换机之间建立虚拟连接和利用所建立的VC发送ATM信元的同时，需要在同一T1VC上传送控制数据和数据消息。由于一对发射机与接收机能调节单向通信，所以需要反向信道(back channel)来从接收机交换机传送控制消息给发射机交换机。参见图7，IMA消息分为两部分：IMA消息标题460和用户有用负载470。消息标题460十六(16)个八比特组长，并包括协议鉴别器480、消息类型490、对话号500和顺序号510。协议鉴别器480是32比特无符号整数(UINT)。对于本发明，-(0×00000001)的值可用于表示：正利用第一实施例进行通信。消息类型490也是32比特UINT(对RISC机器友好)并表示在第一交换机与第二交换机之间发送的消息类型。下列值预先定义为消息类型：0   ×00000000，    预留；0   ×00000001，    数据；0   ×00000002，    重新启动；0   ×00000003，    重新启动确认(Restart Ack)；0   ×00000004-     预留。
0×FFFFFFFF，
对话号500也是32比特单元(UNIT)并表示指定给所建立的VC的对话号，顺序号510是表示数据包顺序或次序号的32比特UNIT。顺序号510仅存在于数据消息内。由于SAR模块正确将用户数据包分解为所需数量的ATM信元，所以在消息标题中不需要长度信息，SAR还执行CRC32校验，因此在此层上不需要误码校验。
由于大多数RISC CPU具有16字节的超高速缓冲线路，十六(16)字节的消息标题大小具有正性能蕴含(implication)。因此，单个存储器存取允许整个消息标题(16字节)读入CPU超高速缓冲存储器中而不读出任一个消息实体(有效负载)。事实上，交换机一点也不接触或处理用户数据或有效负载，并且软件反复用要求小部分的CPU时间。
Restart(重新启动)、Restart Ack(重新启动确认)消息及有关的对话号用于管理发射机与接收机之间的通信链路。在能发送任一个用户数据包之前，必须在其间建立对话。例如，发射机得发送具有特定对话号的Restart消息。接收机则在收到Restart消息之后采用由发射机提供的对话号并利用Restart Ack消息进行应答。一旦发射机收到Restart ACK消息，则已建立对话并且可以在其间传送数据包。第一交换机则通过设置消息类型为0×00000001(Data)来传送数据并将有效负载存入消息(数据部分)的有效负载部分470，也利用数据包顺序号和所指定的对话号对每个消息进行编号。
只要双方愿意，对话就能持续。由任一方发送的Restart消息将终止目前的对话并建立新的对话。例如，如果接收机发现一些严重无序的数据包或发现一定数量的AAL5数据包无法通过CRC校验，则重新启动可能出现。因此，在接收机发送Restart消息时，接收机让步并尝试建立新对话。当已发送属于特定用户数据包的所有ATM信元时，第一ATM交换机则启动Restart以便建立新的VC。
第一格式的发射机程序：
发射机保持下面变量和计时器以保持对话和连接的状态：
T_Seq_N：存储要发送的下一个数据消息顺序号；
T_Session_N：目前的对话号；
T_Ses_Init_Timer：在发送Restart之后设置的时间标记；和
M_Session_N：从接收机接收的Restart或Restart ACK消息的对话号。
发射机还包括下列状态以保持对话和连接：
Idle：刚刚生成和初始化发射机；
Session Initiated：发送Restart，但还未收到相应的RestartACK i和
In Session：建立对话，能发送每个用户AAL5数据包。
在软件反复用建立之后发射机的初始状态是“空闲(idle)”，利用“事件(event)”实行状态转变。大多数事件利用一些输入消息来触发，并能使第一状态转变为第二状态。下表表示发射机的状态机制。为简单起见，在任一状态中，未列在此表中的任何接收的事件认为是无效的并被抛弃，不改变状态。
                                      表1
     状态    事件  新状态          动作
    (Idle)空闲 发送Restart(选择新的T-Session-N) 开始对话(Sessionintiated) 设置T_Ses_Init_Timer
    (Idle)空闲 收到Restart 对话中(InSession) 利用M_Session_N发送Restart ACK。设置T_Session_N＝M_Session_N，设置T_Seq_N＝0
    开始对话 收到Restart(这暗示Restart消息的碰撞，即发射机和接收机同时相互发送Restart消息。) 开始对话 利用T_Session_N发送Restart，复位T_Ses_Init_Timer
    开始对话 T_Ses_Init_Timer期满 开始对话 T_Session_N：＝T_Session_N+1利用T_Session_N发送Restart，复位T_Ses_Init_Timer
    开始对话 收到RestartACK并且M_Session_N＝T_Session_N 对话中 设置T_Seq_N＝0清除T_Ses_Init_Timer
  开始对话 收到RestartACK并且M_Session_N<>T_Session_N 开始对话 抛弃此消息
  对话中 收到AAL5 对话中 利用T_Session_N和T_Seq_N发送数据消息。T_Seq_N：＝T_Seq_N+1
  对话中 收到Restart 对话中 利用M_Session_N发送Restart ACK设置T_Session_N：＝M_Session_N，设置T_Seq_N＝0
  对话中 发送Restart(选择新的T_Session_N)(这个事件由控制或管理平面引起) 开始对话 设置T_Ses_Init_Timer
第一格式的接收机程序
接收机交换机保持下列变量以保持其状态和连接：
R-Seq-N：存储下一个期望的数据消息的顺序号；
M-Seq-N：这是所接收的数据消息的顺序号
R-Session-N：目前的对话号：
R-Ses-Init-Timer：在发送Restart之后设置的计时器；和
M-Session-N：从发射机接收的消息对话号。
接收机具有下列状态来保持其状态：
Idle：刚生成和初始化接收机；
Session Initiated：发送Restart，但还未收到相应的RestartACK；和
In Session：建立对话并且能接收终端用户AAL5数据包。
下表表示接收机的状态机构：
                                     表2
  状态     事件    新状态            动作
  空闲(Id1e) 收到Restart 对话中(InSession) 利用M_Session_N发送Restart ACK。设置R-Session_N：＝M_Session_N，设置R_Seq_N＝0
  开始对话(Sessioninitiated) 收到数据消息并且M_Session_N<>R_Session_N 开始对话 抛弃此消息
  开始对话 收到数据消息并且M_Session_N＝R_Session_N(这暗示：来自发射机的Restart ACK消息慢或丢失，但发射机已接受来自接收机的重新启动请求) 对话中 清除R_Ses_Init_Timer设置R_Seq_N＝0处理消息就好象原始状态是“对话中”。
  开始对话 收到Restart(这暗示Restart消息的碰撞，即发射机和接收机同时相互发送Restart消息。接收机将服从发射机的Restart) 对话中 利用M_Session_N发送Restart ACK，清除R_Ses_Init_Timer设置R_Session_N：＝M_Session_N。设置R_Seq_N＝0
  开始对话 R_Ses_Init_Timer期满 开始对话 R_Session_N：＝R_Session_N+1利用R_Session_N发送Restart，复位R_Ses_Init_Timer
  开始对话 收到RestartACK并且M_Session_N＝R_Session_N 对话中 设置R_Seq_N＝0清除R_Ses_Init_Timer
  开始对话 收到RestartACK并且M_Session_N<>R_Session_N 开始对话 抛弃此消息
  对话中 收到数据消息并且M_Session_N<>R_Session_N 对话中 抛弃此消息
  对话中 收到数据消息并且M_Session_N＝R_Session_N 对话中 如果M_Seq_N＜R_Seq_N，(数据包来得比循环控制算法能处理的时间更晚)，则抛弃此消息。如果M_Seq_N＞R_Seq_N，(数据包比它应该来的时间早些，存储在缓冲器中并等待其他数据包到来。以后在其他数据包到来并且顺序号延伸时，发送出所有的数据包)，则利用循环控制算法存储AAL5数据包。如果M_Seq_N＝R_Seq_N，则使用循环控制算法来看看现在有多少AAL5数据包在排队。发送所有的未顺序的AAL5数据包给目标终端用户并因此更新R_Seq_N。
  对话中 收到RestartACK 对话中 抛弃此消息
  对话中 收到Restart 对话中 请求循环控制算法发送所有存储的AAL5数据包。复位循环控制算法。利用M_Session_N发送Restart ACK。设置R_Session_N：＝M_Session_N，设置R_Seq_N＝0
  对话中 发送Restart(选择新的R_Session_N)(这个事件可由控制或管理平面引起。这也可以在接收机发现所接收的数据消息长时间严重无序时出现。) 开始对话 设置R_Ses_Init_Timer
作为本发明的第二实施例，能使用不同的消息格式在两个ATM交换机之间建立虚拟连接并在其之间传送有效负载数据。如上所述，第二实施例与第一实施例的不同在于以下方面：(1)它使用带外控制信道传送控制数据；(2)它使用与数据传输相位不同的同步相位；和(3)它使用码分离技术，对于不同的相位使用不同的消息处理器。因此，使用发射机与接收机之间专用双向信道传送控制消息。因此，控制是”带外的”。单向T1虚拟连接仅传送数据消息。以这种方式，数据消息仅包含消息和用户有效负载的顺序号。因此，改善实时性能。
现参看表示根据第二实施例格式(第二格式)的控制消息的图8。控制消息550用于在两个ATM交换机之间建立虚拟连接并包括协议鉴别器560、消息类型570、对话号580和填充590。用于区分此消息格式与图7所示的消息格式的协议鉴别器560也是32比特UNIT并被赋值0×00000002，消息类息570也是32比特UNIT并利用下列值进行定义：
0×00000000-0×00000001；预留；
0×00000002：重新启动；
0×00000003；预留；
0×00000004：重新启动请求：
0×00000005：重新启动完成；
0×00000006：信道隐藏(channel flushed)；和
0×00000007-0×FFFFFFFF：预留。
对话号580是32比特UNIT并代表指定给所建立的虚拟连接的对话号。由于这是控制消息，所以填充590由发射机设置为全零(0)并被接收机忽略。
现参见表示根据本发明第二实施例格式化的数据消息的图9。数据消息600用于在利用上述的控制消息已建立虚拟对话之后传送有效负载。数据消息600包括数据包顺序号610、填充620和有效负载630。数据包顺序号610是32比特UNIT并代表以图7所示的相同方式所传送的有效负载顺序号。填充620初始化为零并被接收机忽略。有效负载630是由源终端用户发送的AAL5数据包数据并仅存在于数据消息550中。
第二格式的发射机程序：
发射机保持下列变量和计时器以便根据本发明教导实施软件反复用：
T_Seq_N：存储要发送的下一个数据消息的顺序号；
T_Session_N：目前的对话号；
M_Session_N：从接收机收到的重新启动式信道隐藏消息的对号号；
T_Ses_Init_Timer：在发送重新启动请求之后设置的计时器；和
T_Flush_Timer：在发射机发送FD消息以便隐藏T1VC之后设置的计时器。
发射机保持下面状态：
Idle：刚生成和初始化发射机；
Session Initiated：发送重新启动请求，但还未收到相应的Restart(重新启动)；
Flush：收到Researt消息并且发射机已发送FD消息以隐藏T1VC。现在等待来自接收机的信道隐藏消息。
In Session：建立对话，能发送终端用户AAL5数据包。
以图7所示的相同方式，建立反复用之后发射机的初始状态是“空闲”。利用通常由入局消息表示的事件触发状态转变。下面表示发射机状态机器：
                                   表3
    状态          事件    新事件         动作
  空闲(Idle) 发送Restart请求(选择新的T_Session_N) 开始对话(SessionInitiated) 设置T_Ses_Init_Timer，设置T_Seq_N＝0
  开始对话 收到Restart并且M_Session_N<>T_Session_N(这暗示发射机的Researt请求与接收机的Researt的碰撞。发射机利用接收机的对话号让步于接收机) 隐藏(Flush) 清除T_Ses_Init_Timer设置T_Session_N＝M_Session_N，利用3个FD消息隐藏所有T1VC的每一个消息设置T_Flush_Timer
  开始对话 收到Restart并且M_Session_N＝T_Session_N 隐藏 清除T_Ses_Init_Timer利用3个FD消息隐藏所有T1VC中的每一个消息设置T_Flush_Timer
  开始对话 T_Ses_Init_Timer期满 开始对话 利用T_Session_N发送Restart请求，复位T_Ses_Init_Timer
  隐藏 收到信道隐藏并且M_Session_N＝T_Session_N 对话中(InSession) 清除T_Flush_Timer发送重新启动完成消息转换原始VC处理器为正常处理器
  隐藏 T_Flush_Timer期满 隐藏 利用3个FD消息隐藏所有T1VC中的每一个消息复位T_Flush_Timer
  隐藏 收到Restart并且M_Session_N＝T_Session_N(接收机侧R_Ses_Init_Timer已在它发现至少一个TIVC被隐藏之前期满。T_Flush_Timer将注意它。于是，抛弃此消息。) 隐藏 抛弃此消息
  隐藏 收到Restart并且M_Session_N<>T_Session_N(即，接收机希望新的重新启动赞成它。) 隐藏 设置T_Session_N＝M_Session_N。利用3个FD消息隐藏所有T1VC中的每一个消息设置T_Flush_Timer
  对话中 收到AAL5数据包 对话中 利用T_Session_N和T_Seq_N发送数据消息。T_Seq_N：＝T_Seq_N+1
  对话中 收到信道隐藏并且M_Session_N＝T_Session_N 对话中 发送重新启动完成
对话中 收到Restart 隐藏 设置T_Session_N：＝M_Session_N，设置T_Seq_N＝0利用3个FD消息隐藏所有T1VC中的每一个消息设置T_Flush_Timer转换原始VC处理器为重新启动处理器。
对话中 发送重新启动请求(这个事件由控制式管理平面引起。由于我们一般能破坏发射机并生成新的发射机，所以不看这个事件需要多少。无论如何，不增加许多编码，因而仅是包括它。) 对话开始 设置T_Seq_N＝0设置T_Ses_Init_Timer转换原始VC处理器为重新启动处理器
第二格式的接收机程序
接收机保持本发明第二实施例的下列变量：
R_Seq_N：存储所期望的下一个数据消息的顺序号；
M_Seq_N：这是所收到的数据消息的顺序号；
R_Session_N：目前的对话号；
R_Ses_Init_Timer：在发送Researt之后设置的计时器。
M_Session_N：从发射机收到的重新启动请求或重新启动完成消息的对话号；
Flush_Court[1至n]：其中N是接收机监视的T1VC的数量，计数器计数在隐藏状态期间T1VC所收到的FD消息。
Data_Received[1至n]：其中n是接收机监视的T1VC的数量，Boolear(布尔)变量表示T1VC是否已收到对话准备就绪状态中的真实数据消息。
接收机还利用下列状态：
Idle：刚生成和初始化接收机；
Flush：发送Restart，接收机等待所有的T1VC被隐藏；
Session Ready：建立对话，能收到终端用户ALL5数据包。
In Session：每个T1VC正接收数据消息。这暗示：在传输期间所有的FD消息或到达接收机或丢失。接收机能转换到正常处理器。
下面是接收机的状态机器：
                             表4
    状态      事件     新状态           动作
空闲(Idle) 收到RestartRequest(重新启动请求) (Flush)隐藏 设置R_Session_N：＝M_Session_N，设置R_Seq_N＝0发送Restart设置R_Ses_Init_Timer
隐藏 从T1VC(i)中收到FD消息，i＝1至n 隐藏或对话准备就绪(SessionReady) Flush_Count[i]＝Flush-Count[i]+1如果Flush_Count[i]＞＝2，则清除R_Ses_Init_Timer。如果对于所有的j，Flush_Count[j]＞＝2，j＝1至n，则发送ChannelFlushed消息，设置R_Ses_Ready_Timer转变为“SessionReady”状态
隐藏 R_Ses_Init_Timer期满 隐藏 发送Restart设置R_Ses_Init_Timer
隐藏 收到Restart请求(这暗示来自接收机的Restart消息与来自接收机的Restart Request消息碰撞，即，发射机与接收机分别同时相互发送Restart请求和Restart消息。接收机胜过 隐藏 抛弃此消息
对话准备就绪 R_Ses_Ready_Timer期满 对话准备就绪 发送Channelflushed，复位R_Ses_Ready_Timer
对话准备就绪 在T1VC(i)上收到数据消息(不是FD消息) 对话准备就绪或在对话中 Data_Received[i]：＝真清除R_Ses_Ready_Timer以与“对话中”状态中相同的方式处理数据消息。如果对于所有j，Data_Received[j]＝真，则改变为“对话中”状态，转变为所有T1VC的正常处理器
对话准备就绪 收到FD消息 对话准备就绪 抛弃此消息
对话中 收到数据消息 对话中 如果M_Seq_N＜R_Seq_N(数据包来得比循环控制算法能处理的时间更晚)，则抛弃此消息，如果M_Seq_N＞R_Seq_N，(数据包来得比它应该来的时间早，存储在缓冲器中并等待其他数据包到来。以后在其他数据包到来并且顺序号伸延时，将发出所有的数据包)则利用循环控制算法存储AAL5数据包。如果M_Seq_N＝R_Seq_N，则利用循环控制算法看看有多个AAL5正在排队。发送所有的未排序AAL5数据包给目标终端用户，并因此更新R_Seq_N。
  对话中 收到Restart请求 隐藏 请求循环控制算法发出所有存储的AAL5数据包。复位循环控制算法。设置R_Session_N：＝M_Session_N，设置R_Seq_N＝0发送Researt设置R_Ses_Init_Timer转换T1VC处理器为Restart处理器
  对话中 开始重新启动(这个事件可以由控制或管理平面引起。这也可以在接收机发现所收到的数据消息长时间严重无序时发生) 隐藏 选择新的R_Session_N发送Researt消息设置R_Ses_Init_Timer设置R_Seq_N：＝0转换T1VC处理器为Restart处理器
图10是表示在发射机与接收机之间传送的同步其间虚拟连接的信号顺序的信号顺序图。发射机(Tx，第一ATM交换机)220利用控制信道发送Restart Request(重新启动请求)消息700以便开始重新启动和建立与接收机(Rx，第二ATM交换机)230的虚拟连接，接收机230则利用Restart消息710进行应答。收到Restart消息710之后，发射机220努力通过发送许多其顺序号是OXFDFDFDFD并且其有效负载部分是空的称为FD消息的特殊数据消息来隐藏驻留在所选VC中的所有等待的ATM信元。例如，发射机220在T1VC上发送三(3)个FD消息720并启动隐藏计时器(T_Flush_Timer)。
接收机230在收到至少两个连接的FD数据消息720之后确定已隐藏VC并利用Channel Flushed(信道隐藏)消息730应答发射机220。发射机220随后接收Channel Flushed消息730。复位隐藏计时器并发送Restart Complete(重新启动完成)消息740给接收机230。发射机现在认为同步完成并准备发送数据消息。
接收机得处理的一个问题是：一旦通过多个VC收到无序的AAL5数据包，接收机要恢复AAL5数据包的顺序。ATM传输的特性是：允许丢失AAL5数据包，但不允许接收无序的数据包。因此，接收机需要认识何时数据包已丢失或稍迟传送并正确地再同步所收到的数据包。
根据本发明教导，图11是表示由接收ATM交换机用于再同步通过多条低带宽通信链路接收的用户数据包的循环缓冲器的方框图。
称为消息缓冲器900的存储器设备在CPU和与接收ATM交换机有关的SAR模块之间共用。消息缓冲器900存储通过多条低带宽通信链路从发送ATM交换机接收的IMA消息。返回参见图7，IMA消息由十六(16)字节IMA消息标题和可变大小用户有效负载组成。在图11中，每个记录910足以存储所收到的IMA消息。因此，第一部分920存储所收到的IMA消息标题数据，而第二部分930存储所收到的用户有效负载。
接收ATM交换机保持指针800的循环队列以便跟踪所收到消息的状态。为了说明，标号CQ用于表示循环队列，而CQ(I)表示循环队列的特殊元素。CQ元素是NIL(初始化的不指向消息缓冲器900内任何特殊记录的值)或指向消息缓冲器900内特定记录910的用户有效负载部分930开头部分的指针值。利用包括下面两个分量的数据结构指向循环队列的头：存储R_Seq_N(所期望的下一个数据消息顺序号)的当前值的Head.N变量，和存储循环队列800的头元素索引的Head.H变量。循环队列还使用下面另外的变量：
LQ：循环队列的大小；
M-P：指向刚收到的IMA消息的指针，它从SAR传送给CPU；
User-Payload-P：指向利用M-P指向的IMA消息的用户有效负载部分的指针；
Severely-Out-of-Order-Count：计算消息比循环队列能处理的时间更早些到达的次数的计数器；和
D：表示实际收到的IMA消息和接收机正期望的消息之间距离的整数值。
利用下列变量，循环队列800和消息缓冲器900以下面的方式起作用。当与接收ATM交换机有关的SAR模块装配数据消息时，SAR模块中断CPU并传送指向刚收到的IMA消息的M_P指针给CPU。CPU评估所收到的存储在所接收消息内的消息类型并确定此消息是数据消息，随后给M_P指针值加上十六(16)字节来计算User_Payload_P指针值，User_PayLoad_P指针现在指向所接收消息的有效负载部分。循环队列随后确定所接收的消息是否无序和再同步是否需要。如果太早或太晚收到此消息并且不能利用与消息缓冲器900和循环队列800有关的当前存储容量进行处理，则抛弃那个特定消息。例如，如果消息缓冲器900具有足够的存储空间来处理三十(30)个消息，并且在收到第一消息之后，在其间收到任何其他消息之前收到第三十一消息，则第三十一消息不能利用循环队列来调节并被抛弃。用于再同步所接收消息的算法利用下面伪语言描述来说明：
D＝M-Seq-N-R_Seq_N
如果D＜0则(*这个消息到达太晚*)
          抛弃此消息并退出
如果D＞＝LQ则(*此消息到达太早并且CQ的大小不能处理这个消息*)
此连接严重无序；
发送存储在消息缓冲器内的包括新近接收消息的所有消息；
R-Seq-N＝M-Seq-N+1；
任何具有小于M-Seq-N的顺序号的消息在收到时将被抛弃；
Severely-Out-of-Order-Count递增1；
退出；
如果(D＞0)则(*此消息到达比期望的早，但CQ容量能处理它*)
CQ(Head.H+D)＝User-payload-p；
退出；
(*此时，D必为0，并且此消息是接收机所期望的。与存储在消息缓冲器内的所有其他同步消息一起发送此消息*)
发送用户有效负载给SAR模块以便传输；
对于(I＝1；I＜LQ；I++)
如果CQ(j＝(Head.H+I)模LQ)则
发送CQ(J)给SAR模式并使指针清零；
否则
中断；
R-Seq-N＝R-Seq-N+1；
Head.H＝(Head.H+1)模LQ；
退出；
虽然本发明方法和设备的优选实施例已在附图中表示并在上述详细描述中进行说明了，但应理解：本发明不限于所公开的实施例，有进行许多重新安排、修改和替换，而不脱离下面权利要求书所提出和定义的本发明的精神。

Claims (23)

1.一种异步转移模式(ATM)通信网络，包括：高带宽通信链路；
多条低带宽通信链路；
第一ATM交换机，连到所述高带宽通信链路，用于接收ATM信元流；
与所述第一ATM有关的第一分段与重新装配模块，用于将所述ATM信元流分解为多个子流并通过所述多个低带宽通信链路发送所述多个子流；
第二ATM交换机，连到所述多条低带宽通信链路，用于接收所述多个子流；和
与所述第二ATM交换机有关的第二分段与重新装配模块，用于将所述多个子流重新装配为所述ATM信元流。
2.根据权利要求1的ATM通信网络，其中所述第一分段与重新装配(SAR)模块还包括一个应用模块，用于将所述接收的ATM信元中特定ATM信元装配为用户数据包。
3.根据权利要求2的ATM通信网络，其中所述第一ATM交换机还包括中央处理单元(CPU)用于接收由所述第一SAR模块装配的所述用户数据包，给所述装配的用户数据包加上控制数据以生成修改的用户数据包，并指示所述第一SAR通过所述多条低带宽通信链路中特定一条链路发送所述修改的用户数据包。
4.根据权利要求3的ATM通信网络，其中所述控制数据包括识别与所述ATM信元流中其余用户数据包有关的所述修改的用户数据包的顺序的顺序号。
5.根据权利要求3的ATM通信网络，其中所述控制数据包括识别所述第一ATM交换机与所述第二ATM交换机之间虚拟连接的对话号。
6.根据权利要求3的ATM通信系统，其中所述CPU发送多个具有特定数据值的修改的用户数据包，以便同步在所述第一ATM交换机与所述第二ATM交换机之间的通信链路。
7.根据权利要求3的ATM通信系统，其中所述第一SAR将所述修改的用户数据包分段为多个ATM信元，并通过所述多条低带宽通信链路中所述特定一条通信链路发送所述多个ATM信元。
8.根据权利要求7的ATM通信网络，其中所述CPU还包括：
多个存储寄存器，所述寄存器的每一个存储代表与所述多条低带宽通信链路的特定一个相关的业务水平；
循环缓冲器，能够存储和再同步通过所述多条低带宽通信链路接收的包；和
第二SAR，用于重新装配通过所述多条低带宽通信链路中所述特定一条通信链路接收的所述多个ATM信元为所述修改的用户数据包，并将所述修改的用户数据包存储在所述多个存储寄存器之一中。
9.根据权利要求8的ATM通信网络，其中所述CPU通过评估所述多个寄存器来选择所述多条低带宽通信链路中特定一条通信链路发送所述修改的数据包。
10.根据权利要求2的ATM通信网络，其中所述第一ATM交换机还包括路由选择表(RT)，用于传送所述接收的ATM信元流给所述第一SAR。
11.连到用于接收多个异步转移模式(ATM)信元的高带宽通信链路和连到用于发送所述多个ATM信元的多条低带宽通信链路的一种ATM通信交换机，所述ATM通信交换机包括：
交换部件，用于通过所述高带宽通信链路接收所述多个ATM信元；
分段与重新装配(SAR)模式，用于将所述多个ATM信元装配为多个用户数据包；
中央处理单元(CPU)，用于将所述多个用户数据包的每一个与所述多条低带宽通信链路中特定一条通信链路联系起来；和
其中所述SAR模块还将所述多个用户数据包的每一个分段为有关的ATM信元，并通过所述多条低带宽通信链路中所述有关的特定一条通信链路发送所述有关的ATM信元。
12.根据权利要求11的ATM通信交换机，其中所述CPU与多个寄存器有关，所述多个寄存器的每一个寄存器存储表示与所述多条低带宽通信链路中特定一条通信链路有关的业务量水平的数据。
13.根据权利要求11的ATM通信交换机，其中所述CPU给所述多个用户数据包的每一个加上控制数据，每个用户数据包内的所述控制数据表示每个用户数据包相对其余的所述多个用户数据包的位置。
14.根据权利要求11的ATM通信交换机，还连到接收机ATM通信交换机，并且其中所述CPU通过所述多条低带宽通信链路中特定一条通信链路发送控制消息，以便启动连到所述接收机ATM通信交换机的虚拟连接。
15.连到多条用于接收多个异步转移模式(ATM)信元的高带宽通信链路，并连到用于发送所述多个ATM信元的低带宽通信链路的一种ATM通信交换机，所述ATM通信交换机包括：
交换部件，用于通过所述多条高带宽通信链路接收所述多个ATM信元；
分段与重新装配(SAR)模块，用于将所述多个ATM信元装配为多个用户数据包；
与所述SAR模块有关的，中央处理单元(CPU)用于同步所述接收的多个用户数据包；和
其中所述SAR模块还将所述多个用户数据包的每一个数据包分段为有关的ATM信元，并以顺序方式利用所述低带宽通信链路发送所述有关的ATM信元。
16.根据权利要求15的ATM通信交换机，其中，所述多个用户数据包包括ATM适应层5(AAL5)数据包。
17.根据权利要求15的ATM通信交换机，其中所述CPU还包括循环缓冲器，用于存储和同步由所述SAR模块装配的所述多个用户数据包。
18.根据权利要求15的ATM通信交换机，其中，所述多个用户数据包的每一个数据包包括用于将所述用户数据包与所述多个用户数据包的其余数据包同步的控制数据，所述CPU移去存储在由所述SAR模块装配的每个所述用户数据包中的所述控制数据。
19.根据权利要求18的ATM通信交换机，其中所述控制数据包括用于将每个所述用户数据包与所述多个用户数据包中其余数据包同步的顺序号。
20.用于利用多条低带宽通信链路对通过高带宽通信链路接收的异步转移模式(ATM)信元流进行路由选择的一种方法，所述方法包括以下步骤：
通过所述高带宽通信链路接收ATM信元流；
将所述ATM信元流装配为多个用户数据包，每个所述用户数据包包括一个或多个所述接收的ATM信元；
给所述多个用户数据包的每一个数据包加上控制数据以生成多个修改的用户数据包，所述控制数据表示所述每个用户数据包相对其余的所述多个用户数据包的位置；
将所述多个修改的用户数据包的每一个数据包分解为有关的ATM信元流；
通过多条低带宽通信链路发送所述分解的用户数据包；
等待直到接收了与通过所述多条低带宽通信链路接收的所述分解用户数据包相关的所有ATM信元；
在接收到与所述分解用户数据包相关的所有ATM信元的情况下，在高带宽通信链路上对所述相关的ATM信元流选路。
21.根据权利要求20的方法，其中，所述装配与分解步骤由分段与重新装配(SAR)模块执行，所述SAR模块与连到所述高带宽通信链路并连到所述多条低带宽通信链路的ATM通信交换机有关。
22.根据权利要求20的方法，其中给所述多个用户数据包的所述每一个数据包加上所述控制数据的所述步骤包括加上与每个所述用户数据包有关的顺序号的步骤。
23.根据权利要求20的方法，其中利用所述多条高带宽通信链路对所述有关的ATM信元流进行路由选择的所述步骤还包括利用所述多条高带宽通信链路中特定一个通信链路对属于特定修改的用户数据包的所有ATM信元进行路由选择的步骤。
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