CN1244080A - 一种使用多层嵌入信号状态协议的控制体系结构 - Google Patents

一种使用多层嵌入信号状态协议的控制体系结构 Download PDF

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Abstract

一种分布交换结构能够支持多种交换功能,同时使用一种以分布交换结构传送的信号携带着多层信号状态为基础的控制体系结构,来满足已建立的性能要求。为了控制通过分布交换结构的信号的选择,提供一种方法和装置,它在沿传输通道的任何点上,导出信号的信号状态信息,还利用多层信号状态层,把信号状态信息嵌入每一个信号。每一个信号沿传输通道传播时,都携带着各自的信号状态信息。

Description

一种使用多层嵌入信号状态协议的控制体系结构
本发明一般涉及数字传输网络，更具体说，是涉及数字传输网络中由分布元件传送的信号的嵌入控制。
数字传输网络，例如那些按同步光网络/同步数字系列(SONET/SDH)标准的数字传输网络，被广泛用于传送宽带通信信号。在这些传输网络中，网络元件，诸如多路复用器，数字交叉连接系统，等等，被用来支持许多不同的用途，包括一些含有复式交换功能的用途。一个例子是“通道并列”保护交换，也称为“虚拟环”或“环上环”，它涉及在双向线路交换环(BLSR)上进行线路交换和在单向通道交换环(UPSR)上进行通道交换。
为支持这类用途，网络元件包括一种路由结构，诸如一种交换结构，为路由通过传输网络的信号提供必需的连接。例如，带分段控制结构的分布交换结构，常常用在涉及复式交换功能的用途上，其中一个独立的控制域和独立的交换结构，支持每一种独立的交换功能。为促进分布交换结构恰当地选择信号，控制判定常常要根据信号的状态，例如信号的质量。但是，我们知道，现有的控制结构在通过分布交换结构传送信号方面，传播和利用信号状态的能力很有限。
有一类控制结构，其信号监控可以局部地在每个交换结构单元上进行，它对各个输入信号，导出其信号状态，以利于交换判定。因为每个交换结构由一个独立的复合控制元件控制，所以在每个后续交换结构上，必需“重新恢复”信号状态。不算其他问题，仅因在每个交换结构单元上必需进行信号监控，以重新恢复信号状态，就使系统的成本和复杂性增加。此外，不是所有类型的信号状态都能被重新恢复。例如，局部地发生在一给定交换结构上的外部系统故障或接口故障，其状态信息指示就不一定随信号向前传播至随后的交换点。因而，这一类型的信号状态信息，虽然对后续交换判定可能有用，但在随后的交换结构上却不能被重新恢复。
以SONET为基础的系统，通常用一个告警指示信号通知下游设备，表示已经检测到一个上游故障。但是，告警指示信号是一个独立的维护信号，不是用于保持某一特定输入信号的信号状态，比如质量信息。照此，对各个输入信号，告警指示信号并不通过网络传播信号状态，因而，对每一个输入信号，还须用某种类型的信号监控功能元件，在每一个后续的交换点上，重新恢复信号的状态。总之，当信号通过各个交换结构传播时，重新恢复并不是一个解决累积的信号状态的有效方法。
在另一类控制结构中，每一个独立交换结构用的复合控制元件，可以耦合在一起，以便有助于各个复合控制元件之间共享信号状态信息。虽然这种办法缓解了一些重新恢复信号状态以外的问题，但这种办法要求在一给定的复合控制元件内多个控制功能元件之间，以及各个独立复合控制元件之间实现紧耦合，这是其另外的缺点。例如，在一复合控制元件内各个控制功能元件之间，以及各个独立的复合控制元件之间，要求大范围的协调，这会带来不需要的交换延迟。
不需要的交换延迟、信号状态需要重新恢复、和与分布交换结构中用复合控制方案有关的其他问题，按照本发明原理，都可以避免，办法是，当信号沿传输通道传播时，导出每个信号的信号状态，把信号状态嵌入每个信号之内，于是，在多个信号状态层的至少一层内载有信号状态，同时有选择地从任一层提取信号状态，以利于在沿传输通道分布的任一交换结构上，进行适当选择判定。重要的是，对任何特定的输入信号，都能嵌入多层或多级信号状态。因此，当一个特定信号沿传输通道传播时，能用多层信号状态给出它的累积信号状态，或支持状态控制的各种组合，诸如用每一层来跟踪信号状态的不同级或不同类。
把多层信号状态嵌入每一个信号，并把这一信号状态提供给与一个交换结构直接相联的控制元件，那么，每一个分布交换结构使用的各个控制元件，便能互相去耦。还有，信号状态随每一个信号传播，使信号状态可以被局部地利用，并可以在传输通道的每一个选择点直接被提取，有利于适当选择判定。因此，不需要像现有装置那样，必须通过前面的选择点往回跟踪信号状态。按照本发明的原理，因为在所有后续选择点，不需要重新恢复信号状态，所以信号监控功能元件的控制变得不那么复杂。使用多层信号状态还允许进行宽范围的状态控制。例如，任何特定输入信号的多个质量级或失效情况可以通过系统传播，从而提供一种累积信号状态的能力，可以用这种能力支持系统内许多不同的控制要求。
从下面结合附图的详细说明，可以获得本发明原理的更完整的了解，图中相同的元件用相同的参考数字表示，附图有：
图1A是一个简化块图，表示带有分段控制和复合控制装置的一种典型分布交换结构的体系结构；
图1B是一个简化块图，表示在分段复合控制元件之间有耦合的另一种典型分布交换结构的体系结构；
图1C画出图1B所示控制元件的放大块图；
图2是一个简化块图，它按照本发明原理画出分布交换结构用的去耦的控制装置；
图3画出一个简化流程图，表明流向一个按照本发明原理的交换结构的信号；
图4A画出一个简化块图，演示把信号状态嵌入信号的一个实施例；
图4B画出一个简化块图，演示本发明的一个示例性实施例；
图4C画出一个简化块图，演示本发明的另一个示例性实施例；
图5画出一个简化块图，演示本发明的另一个实施例，有助于在多层和累积两方面理解嵌入的信号状态。
图6A和6B是简化块图，它按照本发明原理表示信号状态的插入。
图7以简化方式，画出体现本发明原理的一个多级结构控制装置的一种实施方案。
众所周知，SONET/SDH网络常常使用保护交换方案，这样一来，哪怕在一给定传输通道上存在间歇故障、断线或失效，也能保持通信。SONET/SDH中这类网络保护交换方案的一些例子，这里略举一二：双向线路交换环(BLSR)，单向通道交换环(UPSR)，双环互通(DRI)，和1+1设施保护。虽然这里说明的示例性实施例，特别适合在以SONET/SDH为基础的传输网络的“通道并列(path-in-line)”保护交换中应用，并将在这一示范性应用的行文中加以说明，但业内人士从这里的讲授中应该明白，许多其他的嵌入控制应用也可以采用本发明原理。
在下面详细说明的行文中，术语“网络元件”、“路由结构”、或“路由元件”，是指业内熟知的所有用于信号路由、交换或连接的各种部件。因此，术语“交换”、“路由”、“选择”、和“连接”，可互换地用于一个传输通道内对信号的操纵。这里考虑路由结构的一个例子，是在数字传输网络元件中使用的一种交换结构。但是，在整个详细说明中所举的各种例子，仅仅是示例性的，而本发明原理可以用于进行路由选择或判定的任何类型的信号接口。还应指出，术语“分布”意思是指两个独立元件之间的协同。分布交换结构可以指一个系统内的两个独立元件，只作为例子，例如，一个机壳内两个分开的交换结构机架。分布结构也可以指两个独立的系统，例如地域上分散的、在分开的机壳内的交换结构。
网络元件(NE)，诸如数字交叉连接系统(DCS)，通常包括若干端口接口、一种或多种交换功能元件、和一种或多种控制功能元件，以实现一种单独的交换应用。在一个分布环境里，网络部件的多个机架可以连接在一起。作为例子，多个机架可以在一个单独机壳内跨过一个接口连接，或多个机架可以在分开的机壳之间跨过一个接口连接。
图1A画出两个设备机架，即机架1100A和机架N100B的典型布局，其中每一个都装有相同的一整套网络部件。例如，在保护交换的应用中，可以用机架1100A为BLSR作线路交换，同时可以用机架N100B为UPSR作通道交换。如图所示，组成机架1100A的有，用于接收输入信号的端口接口1-x101A、交换结构102A、用于让来自交换结构102A的信号通过的端口接口103A、和控制机架1100A内所有端口与交换功能元件的复合控制元件104A。同样，组成机架N100B的有，端口接口1-y101B、交换结构102B、端口接口103B、和复合控制元件104B。如图所示，端口接口1-x101A和端口接口1-y101B的输入，可以是实际系统的输入，也可以是来自前面机架的虚拟输入。比如，图示的机架1100A中的端口接口1-x101A接收实际系统的输入，而图示的机架N100B中的端口接口1-y101B接收两个输入，一个是实际系统输入，一个是来自机架1100A的虚拟输入。端口接口1-x101A和端口接口1-y101B通常分别包括若干个信号监控元件105A和105B，以监控进入信号的信号状态。
在这一特定的分段控制布局中，所有输入信号通过监控元件105A和105B耦合，使每一个输入信号的状态，在被各自的交换结构102A和102B执行每一选择或路由功能之前，能够被识别。因为控制功能元件104A和104B的每一个，都分别独立地控制机架100A和100B中的部件，这种配置的一个特别的缺点，是一个给定的输入信号在机架1100A被确定的任何信号状态，还必须在机架N100B上由信号监控功能元件105B“重新恢复”。以从机架1100A到机架N100B的虚拟输入为例，该输入信号的信号状态起初是在机架1100A用信号监控元件105A确定的，然后在机架N100B用信号监控元件105B“重新恢复”。因此，这种类型系统的每一个输入信号，由于信号状态是在每一个“重新恢复”点上独立确定的，没有计及任何累积状态，故常常只与一个信号状态有关。这种配置的另一个缺点，是在某些情形下，例如局部设备失效时，信号状态不能通过系统传播。这样一来，该类型信号状态在后续选择点就不可能被重新恢复。
图1B画出另一种分段控制布局，其中，复合控制元件104A和104B互相耦合，使信号状态信息和其他控制信息能在分布部件之间共享。由于把复合控制元件104A和104B耦合在一起，送至机架N100B的虚拟输入不被路由通过信号监控部件105B。代替的是，那些经由机架1100A到机架N100B的输入信号，利用控制元件104A和104B之间的耦合，互换信号状态信息。
图1C画出图1B的复合控制元件104A和104B耦合的放大图。如图示，复合控制元件104A包括与非结构控制耦合的结构控制1110A，非结构控制诸如故障检测控制1，1至故障检测控制1，x111A。如本例所示，一个故障检测控制111A与机架1的输入信号1至x的每一个相联。各个故障检测控制111A都在端口接口1-x101A内耦合到各个信号监控元件1-x105A。同样，复合控制元件104B包括与非结构控制耦合的结构控制N110B，非结构控制诸如故障检测控制N，1至故障检测控制N，y111B。同样，一个故障检测控制111B与机架N的输入信号1至y的每一个相联。各个故障检测控制111B都在端口接口1-y101B内耦合到各个信号监控元件1-y105B。
由结构N102B响应结构控制N110B而作出任何保护交换判定之前，必须确定所有信号的信号状态。例如，经由故障检测控制N，1至故障检测控制N，y111B，输入机架N的信号状态，以及从前面的交换点输入的信号状态，诸如经由故障检测控制1，1至故障检测控制1，x111A输入机架1的信号状态，都必须确定。因此，复合控制元件104B必须完全耦合到前面交换点的复合控制元件，如控制元件104A。如前所述，这种类型的控制布局，就其在各种控制功能元件之间要求的广泛协调，和在选择判定中伴随的延迟，都存在许多缺点。总之，这些布局不能给出一种性能优化的控制体系结构，而优化的控制体系结构，能对分布交换结构的保护交换应用，提供复式交换和交叉连接功能的支持。
按照本发明原理，上述布局的各种问题，可以用一种多层嵌入信号状态来避免。这种多层嵌入信号状态减小了控制系统的整体复杂性，因为多重控制功能元件不一定要用紧密耦合来使选择判定变得容易。一般说来，本发明的讲授特别适用于分布系统体系结构的控制，因为嵌入的信号状态的累积能力，消除了把整个网络或系统的控制功能元件耦合起来的需要，从而，降低了成本，减小了复杂性和系统开销，而这在现有系统中是常常遇到的。
图2画出一个数字传输应用的示例性实施例，其中采用了本发明原理。更具体说，图2画出了在N个设备机架内分布交换结构的一种配置。为便于说明，只画出两个设备机架，即机架1200A和机架N200B，每一个都装有相同的一整套网络部件。机架1200A包括接收输入信号的端口接口1-x201A、一个交换结构202A、让来自交换结构202A的信号通过的端口接口203A、和控制交换结构202A的至少一个控制元件204A。应该指出，一个设备机架，如机架1200A，也可以包括共用同一块底板的多层交换结构。同样，机架N200B包括端口接口1-y201B、交换结构202B、端口接口203B、和控制元件204B。
如图所示，端口接口1-x201A和端口接口1-y201B的输入，既可以是实际输入(如系统的外部输入)，也可以是从前面机架(如来自系统内的输入)来的虚拟输入。例如，图示的机架1200A中端口接口1201A接收实际系统的输入，而图示的机架N200B中的端口接口1201B接收两个输入，一个实际输入，一个来自机架1200A的虚拟输入。事实上，虚拟输入(如从机架1200A到机架N200B的输入)也可以跨过公共设备之间的一个专用外部接口，而实际输入也可以是一个非专用接口的信号，如符合SONET的输入。
端口接口1-x201A和端口接口1-y201B可以分别包括信号监控/编码元件205A和205B，用于监控进入的信号并对进入信号的状态编码。端口接口1-x201A和端口接口1-y201B分别把信号连同被编码的状态传递至交换结构202A和202B。运行时，控制元件204A和204B被用来接收每一个输入信号的信号状态信息，还被用来向交换结构202A和202B送出一个执行选择判定的控制输入。下面还要更详细说明，向下指向控制元件204A和204B的箭头代表信号状态信息，例如从进入信号提取的质量信息，而从控制元件204A和204B出来的向上箭头，代表送至各自交换结构的控制输入，以利于适当选择判定。
利用本发明原理的分段控制，局部地控制交换结构202A和202B，其方式是：只有局限于各自交换结构内的特定选择功能的信号状态信息，才被用来作适当选择判定。这种局部化控制是用嵌入的信号状态来达到的，据此，每一个输入交换结构202A和202B的信号数据，都伴随着已编码的信号状态信息。因此，信号状态信息随同信号数据传播，通过交换点。因为可以局部地在每一个交换点上使用信号状态信息，所以对先前被选择的输入信号，能够作出选择判定，没有必要像现有设备那样，要往回跟踪以确定其信号状态。
与一些现有设备不同，控制元件204A和204B基本上被去耦，以进一步降低控制方案的复杂性。特别是，控制元件204A与端口接口1-x201A和203A去耦，控制元件204B与端口接口1-y201B和203B去耦，以及控制元件204A与204B互相去耦。这样，控制元件204A和204B能分别独立地控制机架200A和200B内的装置。还有，因为信号状态信息随同信号在机架200A和200B之间传播，所以不必像现有系统那样，要“重新恢复”信号状态信息。因此在这种控制设备中，由于对后续交换结构的虚拟输入，不必监控其信号状态，所有信号监控的要求都降低了。代替的是，对任何给定输入信号，被嵌入的信号状态信息可以局部地使用，并且可以在每一个后续交换点直接提取。特别是，如果需要，被编码的信号状态信息可以解码，以利于在传输通道内任何特定交换点上作出交换判定。
图3画出控制元件204和交换结构202之间信号流的放大图。为表述和理解更清楚，图3画出一个单个的在交换结构202内的路由部件210(如选择器210)。然而，应该指出，交换结构202可以用许多种带有复杂硬件和/或软件的路由结构，这些路由结构都在考虑之列。一些例子包括，硬件选择器阵列、链路表、和业内人士熟知的其他工具。
再参考图3，在选择器210的每一个输入端都设有一个状态解码元件431，对相应输入信号携带的编码状态信息进行定位。后面还要更详细说明，状态解码元件431把编码状态信息解码，并把解码的状态信息送至控制元件204。应该指出，每一个输入信号的编码状态，还能随输入信号在状态解码元件431之外继续传播，到达选择器210。控制元件204使用适当控制逻辑，产生一个控制输入信号，输入选择器210。以离开控制元件204的向上箭头表示的控制输入信号，可以包括特定输入信号的地址，以便交换结构202内的选择器210进行选择。然后，选择器210响应控制输入信号，对来自结构202的适当输出信号，进行交换。
在一个示例性的实施例中，控制元件204包括产生控制输入信号的控制逻辑，它根据嵌入每一个输入信号的信号状态，确定一个特定输入信号的地址。例如，控制逻辑可以包括多级选择器，并有选择地配置有关的域控制元件，以便根据某一种特殊应用，比如“通道并列”保护交换的性能判据，确定某一单个输入信号的地址。申请序号No.08/942,096、名为“一种均匀路由结构的控制体系结构”(Bordogna4-7-8-2-3)的美国专利，描述了控制元件204的控制逻辑的一种实现途径，此专利合并在这里以供参考。
下面将要说明，伴随每一个输入信号的嵌入信号状态信息，在任何控制操作或交换操作中，不会被除去，所以，信号状态能够在整个系统内保存。若与现有设备比较，按照本发明原理的嵌入信号状态，不再需要在端口接口内，为控制元件204与任何种类的故障检测控制加上接口。更具体说，选择判定是基于可以局部使用并可以在每一个个别的交换点上直接提取的信号状态信息，所以，交换结构的控制能够与其他控制功能元件完全去耦。
图4A是一个简化流程图，画出如何把信号状态嵌入一个输入信号内。一般说来，一个输入信号402，要被送至信号监控/编码元件205内的信号监控元件410和状态编码元件420两个元件。按照预定的失效条件或其他性能判据，信号监控元件410送出一个信号状态至状态编码元件420。状态编码元件420嵌入信号状态信息，并送出伴有嵌入信号状态信息的输入信号数据，作为输出信号402′。业内人士知道，信号监控元件410和状态编码元件420可以用业内熟知的技术实现。信号状态与信号数据可以用许多不同方式结合，这里仅作例子，略举一二，比如用遥测信道、或调制信号数据的振幅、频率或相位。后面还要更详细说明，控制信息或命令请求也能嵌入信号数据中，附在被监控的信号状态上。
如图4A所示，输入信号402包含数据，而输出信号402′则包含数据加嵌入的信号状态信息。很明显，由于伴随数据嵌入了信号状态信息，所以在信号上添加了附加的开销。然而，可以用业内人士熟知的各种技术，容纳与这里讲授一致的附加开销的要求。以SONET传输应用为例，附加的嵌入信号状态能用未使用的开销字节来携带。另外的途径可以增加传输的位速率，从而增加可用的时隙数来传输附加的开销。本发明还考虑使用其他已知的技术。
图4B画出用于数字传输网络的本发明的一个示范性实施例，其中给出一个信号接口端口400和一个信号交换端口401。这些块可以共同放在同一个机壳内，也可以放在分开的机壳内。与图2所画的实施例比较，信号接口端口400可以包括端口接口201的一些功能元件，而信号交换端口401可以包括交换结构202和控制元件204的一些功能元件。
如图示，信号接口端口400接收多个基本速率信号402作为输入信号，这里以BRSi，j表示，其中i＝1到n和j＝1到m。更具体说，信号接口端口400接收m个信道的信号输入，m信道中每一个又包含n个输入信号。如图示，信道1包括基本速率信号BRS1，1到BRSn，1，信道2包括基本速率信号BRS1，2到BRSn，2，而信道m包括基本速率信号BRS1，m到BRSn，m，如此类推。因此，BRS1，1表示信道1的第一个基本速率信号，BRSn，1表示信道1的第n个基本速率信号，BRS1，m表示信道m的第一个基本速率信号，BRSn，m表示信道m的第n个基本速率信号，如此类推。众所周知，一个基本速率信号就是一个基本速率或结构的信号，它也能与其他相同基本速率的信号结合，产生一个更高速率和/或更复杂的信号。
接口端口400包括与每一个基本速率信号402相对应的多个独立信号监控元件410，这里以MONi，j表示，其中i＝1到n和j＝1到m，与前面基本速率信号的符号约定一致。例如，MONn，m表示对信道m的第n个基本速率信号的质量监控器。接口端口400还包括多个状态编码元件420。
运行时，一个独立的信号监控元件410测量对应的一个基本速率信号402的信号质量和/或状态，并向对应的状态编码元件420报告该基本速率信号402的信号质量。状态编码元件420是一种信号状态编码功能元件，它通过插入代表相应基本速率信号402的质量或状态的一个编码值，以此嵌入信号监控元件410送来的信号状态信息。应该指出，状态编码元件420编码时，有许多不同的质量和/或状态等级可以使用。这样，伴随一个信号，有许多不同的状态码可供编码，每一个状态码能够代表一种不同的状态条件(如，质量，与时间有关的参数，等等)，因而能够支持范围宽广的状态控制。如前面对图4A说明那样，状态编码元件420送出伴随嵌入信号状态信息的输入信号数据，作为输出信号402′。
现在，从这一点向前，一直到系统的体系结构边界，基本速率信号402′都含有原来的数据和伴随的被编码状态。这样，信号状态在整个系统中传播，从而在系统内任何一个后续级上，不需要“重新恢复”信号状态。但在现有的系统中，信号常常必须在任何后续的输入端口再次被监控，以便在作出下一次选择判定之前，重新恢复其信号状态。还有，与现有的系统比较，现有系统要求整个系统的监控功能元件和/或复合控制结构，共享控制功能元件之间的信息，而本发明的示范性实施例，则让监控在信号首次进入系统的接口边界上进行。
信号交换端口401包括多个状态解码元件431，对每一个基本速率信号402′内嵌入的信号状态信息进行解码。信号交换端口401还包括多个基本速率选择器430，它们根据对应的选择逻辑元件435送来的控制信号，选择适当基本速率信号402′。如图示，信号交换端口401是有m个选择器430的一个m-信道基本速率信号选择器的交换器，它选择对应的基本速率信号，作为送至m个信道的输出。
运行时，基本速率信号BRS1，1至BRSn，m，连同各自嵌入的信号状态信息，这里以基本速率信号402′表示，是作为信号交换端口401的输入而提供的。状态解码元件431接收基本速率信号402′，对编码的信号状态信息解码，并把解码的信号状态信息送至选择逻辑元件435。基本速率信号402′还作为选择器430的输入。与图2及图3比较，图4B的选择逻辑435执行控制元件204等价的任务。特别是，选择逻辑元件435控制基本速率选择器430，评价与基本速率选择器430相关联的所有输入的质量和/或状态，并且送出适当控制信号来启动对应的选择器430，按照嵌入信号状态信息和给定选择判据，选取最适当输入信号。更具体说，每一个选择器430选择与m个信道之一对应的一个基本速率信号402′，然后作为信号交换端口401的输出而送出。每一个选择器430接收n个基本速率信号402′作为输入，从中进行选择。例如，选择器1接收BRS1，1至BRSn，1，选择器2接收BRS1，2至BRSn，2，选择器m接收BRS1，m至BRSn，m，如此类推。
应当指出，状态解码元件431并没有从基本速率信号402′中清除编码的状态信息，因此，每一个选择器430的输出包含被选择的基本速率信号402′，它包括该信号的原始数据和伴随的在接口端口400插入的编码状态。
因为编码的信号状态信息随同每一个基本速率信号，从输入传送到输出，所以这种体系结构确保所有交换判定能够在每一个信号交换端口401上局部地执行。重要的是，这种体系结构不需要用一种复杂(重叠)的控制结构，跨过各种功能端口，以实现信号状态信息的共享。还有，这种体系结构直接支持多级或复式交换，这种交换可以是集中的，也可以是分布的。
图4B，4C和图5表明本发明另一个重要的方面，其中，嵌入的信号状态包含许多层信号状态。例如，当一个输入信号通过系统传播时，各层信号状态可以在选择监控点和编码点加进信号里，于是输入信号获得一个累积的信号状态。结果，可以对任何给定的输入信号，用多层状态编码，例如，用多于一个信号状态码。然后，可以单独或结合其他层，用多层信号状态中任一给定层，在系统的任一特定交换点上，方便地作出选择判定。
参考图4B，图上画出BRS1，2至BRSn，2通过若干层信号监控层和编码层传播，这些层使用多个信号监控元件410和状态编码元件420，传播时，按前面说明的方式，在输入信号中嵌入多种状态码。在本例里，可以使用与选择器2对应的选择逻辑435，按照任何给定的状态码(即按基本速率信号携带的任何信号状态层)，控制选择器2的选择判定。
图4C画出图4B所示实施例的另一种改型，其中，可以通过控制插入元件414，把控制信息或命令请求插入系统，取代或附加在信号监控元件410导出的监控信号状态上。如本文所指出，在监控一个输入信号的行文中，用信号监控表示从该输入信号导出原始的信号状态属性。与之对照，控制插入是指把某些控制方式应用于输入信号，导致某种需要的结果。仅仅作为例子，控制插入可以包括一个命令请求，如手动交换请求，或测试插入请求，如此等等。
在图4C中，图上画出BRS1，2至BRSn，2通过若干层信号监控层(通过MON1，2至MONn，2)和控制插入层(通过CTRL1，2至CTRLn，2)传播。在每一层，不论是从信号监控元件410导出或从控制插入元件414导出的适当状态，被对应的状态编码元件420编码并嵌入BRS1，2至BRSn，2之内。采用按照本发明原理的多层嵌入信号状态的体系结构，对任何给定的输入信号，能够支持控制插入和/或信号监控的任何组合。还有，在个别层内或在一个特定输入信号内，没有一致性要求。这样，在一个传输通道内的任何点，可以插入控制或监控状态，供任何后续选择判定使用。应当指出，图4C仅仅是体现本发明原理的一种示例性配置。因此，业内人士应当清楚，存在其他的符合这里讲授的各种改型。
图5画出分布交换结构设备中实现多层信号状态的一个实际例子。特别指出，图5画出图2的结构和控制功能元件的简化表示，以及图4A至图4C中的信号监控和编码功能元件的一个端口的简化表示。如图，结构A202A和结构B202B接收有多层信号状态的一个输入信号402″。更具体说，块400A接收基本速率信号402，并用信号监控元件410和状态编码元件420加上一层信号状态，如状态X。在块400A的输出侧，基本速率信号402′现在包括基本速率信号402原先的数据，以及由块400A添加的嵌入信号状态X。块400B接收基本速率信号402′，并用块400B内的信号监控元件410和状态编码元件420加上另一层信号状态，如状态Y。在块400B的输出侧，基本速率信号402″现在包括基本速率信号402原先的数据，由块400A添加的嵌入信号状态X，和由块400B添加的嵌入信号状态Y。
在一个示例性的情况中，基本速率信号402″内嵌入的信号状态能被解码，于是，控制元件A204A利用状态X，促进结构A202A内的一个选择判定，同时，控制元件B204B利用状态Y来促进结构B202B内的一个选择判定。推广这个例子，可以用状态X来代表与ATM蜂窝传送有关的网络失效状态码，而用状态Y来代表某一设备内特定装置的失效，如外部电路内一个组件的失效的状态码。这样，结构A202A可以根据ATM失效信息，用状态X来作出选择判定，而结构B202B则根据装置失效信息，用状态Y来作出装置保护交换的选择判定。不管选用何种具体装置，重要的是，多层信号状态能被嵌入一个输入信号并在系统内任何交换点上被用来促进适当选择判定。此外，多层嵌入的信号状态还消除了控制元件之间任何耦合的需要，例如控制元件A204A与控制元件B204B之间的耦合。
按照本发明原理的多层嵌入信号状态的体系结构，是非常灵活的体系结构，因为嵌入的多层信号状态能用于许多不同的装置。例如，一层单层的嵌入信号状态能被用来支持一个单独的控制功能或控制应用。特别是，每一个状态编码元件420，可以用更新的信号状态码或值，重写前一个信号状态码或值，在同一层内对信号状态进行编码。
在另一个例子中，可以这样使用多层信号状态，让每一层表示信号状态的一个不同级或类。以一个SONET的应用为例，一层信号状态协议可以处理信号状态的一个级或类，例如在虚拟分支(VT)级上的失效，而另一层可以处理信号状态的另一级或类，例如在同步传送信号(STS)级上的失效，如此类推。
在又一个例子中，当信号在系统中传播又没有在任何给定层上重写信号状态时，可以用多层信号状态累积地跟踪信号状态的同一级或类。更具体说，每一个状态编码元件420，在系统的每一个监控/编码点，把各自的信号状态编码送进一个不同的层，而各层总起来给出一个累积的信号状态。利用多层嵌入信号状态的这一用途，当一个信号通过系统传播时，能够保持一道“轨迹”。以SONET为例，当一个信号通过系统的每一个监控/编码点时，每一层都可以用来为信号添加通道级状态的同一类。这一类的轨迹，对故障隔离、故障识别、和/或故障分段等应用都是有用的。
图6A和图6B说明图5所示实施例的行文中举出的简化例子，表明如何按照所述方案，使用多层信号状态。具体说，图6A表明如何逐渐地添加信号状态信息，给出一个基本速率信号的累积信号状态，而图6B表明，如何用重写方式，把信号状态信息逐渐地添加到一个基本速率信号中去。
参考图6A，基本速率信号402′包括由块400A(见图5)添加的信号状态信息，这里以状态460表示。经块400B(图5)处理之后，基本速率信号402″现在包括由块400A添加的状态460，附加在由块400B内状态编码元件添加的状态465之上。结果，能够用状态460和状态465累积地在多层信号状态中跟踪信号状态的同一级或类，以利于在传输通道的后续点上作出选择判定。
还应指出，图6A可以用来演示上述其他示例性方案，其中，与累积地在多层信号状态中跟踪信号状态的同一级或类相反，用不同层来跟踪信号状态的一个不同的级或类。以前面说明的一个例子为例，状态460可以用来指出在虚拟分组(VT)级的失效的地址，而状态465可以用来指出在同步传送信号(STS)级的失效的地址，如此等等。
现在参看图6B，基本速率信号402′包括由块400A(见图5)添加的信号状态信息，这里以状态460表示。在基本速率信号402″中，信号状态460经块400B(图5)处理之后，被新的或更新的状态465重写。因而，当信号通过系统传播时，嵌入的信号状态的同一层被用来支持一种独立的控制功能或应用。
虽然为方便说明，在图6A和6B中只画出两层信号状态，但本发明的讲授考虑到任何层数。还应指出，也可以按照本发明原理使用上述方案的各种组合。
如前述，分布系统的控制，能够依据从信号监控功能以外导出的多层信号状态。例如，在整个分布系统内，可以用多层信号状态协议支持手动请求或执行维护类功能。以这个例子为基础，一种高级的测试宏可以在系统的某个位置嵌入，并与信号一起传播，在系统的后续位置控制适当测试操作。换句话说，在系统的每一个后续位置，根据该测试宏，运行给定的测试功能。例如，根据嵌入的测试宏，在某个位置可能运行环路测试功能，在另一个位置可能产生一个测试信号，又在另一个位置可能测量信号的电平，如此等等。这个例子仅仅用于说明，业内人士当能识别其他合适的与本发明原理一致的多层信号状态装置。
虽然这里为参考而引用申请号为No.08/942,096，(Bordogna 4-7-8-2-3)的美国专利，它描述了一种中央交换结构的分段控制装置，但用与之相同的原理，再结合本发明的原理，可以控制分布交换结构。更具体说，图4B的选择逻辑元件435可以包括多级专用地址分解功能元件501，如图7所示。每一个专用地址分解功能元件501包括有选择地配置的控制逻辑，以分解送至交换结构202的单个控制输入。更具体说，每一个专用地址分解功能元件501可以包括若干个逻辑级，每一个逻辑级有选择地配以适当数目的选择器510和关联域控制功能元件511。
分布交换结构应用于分段控制时，交换结构202A接收若干个输入Si，以输入1-WA表示，同时产生若干个输出So，以输出1-YA表示。专用地址分解功能元件501A被耦合到交换结构202A，专用地址分解功能元件501A的数目等于输出So的数目，于是1-YA中每一个送至交换结构202A的控制输入被独立地映射到一个1-YA的输出So。每一个1-WA输入的地址信息和信号状态信息，作为送至专用地址分解功能元件501A的输入。专用地址分解功能元件501A被用来从输入1-WA接收地址和信号状态信息，还被用来执行选择功能，产生一个依据信号状态信息的单个控制输入。通常，送至交换结构202A的单个控制输入，要包括准备让交换结构202A选择的输入信号地址。
因为每一个专用地址分解功能元件501A是相互独立的，每一个专用地址分解功能元件501A可以配置成能对一个单个输出So提供“分解”控制。事实上，由于专用地址分解功能元件501A和输出1-YA之间的一一对应关系，交换结构202A是被“信道划分”的。这样，因为每一个交换结构的“信道”支持一种独立的使用，所以交换结构202A能同时在交换结构202A上并行地支持1-YA的独立使用。
如图示，输出So可以包含实际输出的一个子集，以输出1-XA表示，以及虚拟输出，以XA+1-YA表示，这些输出被传送至后续的交换点，例如交换结构202B。交换结构202B能够接收实际输入和虚拟输入的混合输入，实际输入是输入1-iB而虚拟输入是1-WB。需要指出，送至交换结构202B的虚拟输入1-WB对应于来自交换结构202A的虚拟输出XA+1-YA，而更重要的是，这些虚拟输入1-WB包括伴随数据的被编码的信号状态。这样，被编码的信号状态，按前面对交换结构202A和专用地址分解功能元件501A说明的同样方式，成为专用地址分解功能元件501B的输入。因而，在每一个交换结构上都能局部地直接提取信号状态信息，以便有助于选择判定，不再需要经由前面的交换点跟踪和解决信号状态。控制交换结构202B的所有其他方面，都与前面对交换结构202A的说明相同，例如，专用地址分解功能元件501B在一一对应的基础上，与来自交换结构202B的输出1-YB对应。
还应该知道，上面所述的特定实施例和应用，仅仅是本发明原理的示范。业内人士可以设计不偏离这里讲授的精神和内容的其他适当装置，用在许多其他不论是否以结构为基础的通信应用上。例如，本发明原理可以用在汽车上的以传感器为基础的系统，或用在传感器沿贯通某一设施的数据通道周边点放置的告警/监视系统。来自传感器的状态与信号结合，由中央处理点，例如控制中心认为需要适当使用时加以传送。此外，嵌入信号状态可以在交换判定以外的应用中使用。例如，本发明的讲授也可以用于故障隔离、识别和/或分段，其中用多层嵌入信号状态，在一个多跨距的、串联的传输通道中管理故障。一般说，任何使用多级嵌入控制而得益的应用，都可以用这里说明的本发明的讲授。
又，按照本发明原理的基于多层嵌入信号状态的控制体系结构，可以被各种以硬件为基础和以软件为基础，或两者结合的装置所采用。因此，本发明的范围只受后面所附权利要求书的限制。

Claims (21)

1.一种用沿一传输通道分布的多个网络元件控制信号的选择的方法，包括的步骤为：
对一个信号，在沿该信号传输通道的任何点上，导出其信号状态信息；
把信号状态信息嵌入该信号的多层信号状态层中至少一层内；和
在多个网络元件的任何一个上，从该信号的多个信号状态层中至少一层内，有选择地提取嵌入的信号状态信息，以利于选择判定。
2.按照权利要求1的方法，其中多个网络元件中的每一个，都包括一个对应的控制元件，此控制元件基本上使它们互相去耦，在有选择地提取嵌入的信号状态信息的步骤中，还包括步骤：
在每一个控制元件上，接收嵌入的信号状态信息，作为局部输入；和
送出一个作为嵌入信号状态信息函数的控制信号，经对应的控制元件，送至多个网络元件中任一个。
3.按照权利要求1的方法，在嵌入信号状态信息的步骤中，包括把状态码映射进多层信号状态层中任一层的步骤，其中多层信号状态层中每一层，能够携带与给定信号状态参数对应的多个状态码。
4.按照权利要求1的方法，在嵌入信号状态信息的步骤中，包括下述步骤：在传输通道上的某一点，以更新的信号状态信息，在多层信号状态层中至少一层上，重写现存的信号状态信息。
5.按照权利要求1的方法，在嵌入信号状态信息的步骤中，包括下述步骤：在传输通道随后的点上，累积地把信号状态信息添加到不同的信号状态层，使该信号能保持一个累积的信号状态。
6.按照权利要求1的方法，在嵌入信号状态信息的步骤中，包括下述步骤：在多层信号状态层的每一层，嵌入一种不同类型的信号状态信息，为选择判定给出多级的控制。
7.按照权利要求2的方法，其中多个网络元件包括多个交换结构，这些交换结构能在以SONET为基础的数字传输网络中保护交换操作。
8.一种给出从传输通道中的信号导出的多级控制信息的方法，此方法包括的步骤为：
对一个信号，在沿该信号传输通道的任何点上，导出其信号状态信息；
把信号状态信息嵌入该信号的多层信号状态层中至少一层内；
从该信号内多层信号状态层中至少一层，提取信号状态信息；和
根据从多层信号状态层中至少一层提取的信号状态信息，启动一个控制判定。
9.一种用沿传输通道分布的多个网络元件控制信号的选择的设备，此设备包括：
对一个信号，在沿该信号传输通道的任何点上，导出其信号状态信息的装置；
把信号状态信息嵌入该信号的多层信号状态层中至少一层内的装置；和
在多个网络元件的任何一个上，从该信号的多个信号状态层中至少一层内，有选择地提取嵌入的信号状态信息以利于选择判定的装置。
10.按照权利要求9的设备，其中多个网络元件中每一个，都包括一个对应的控制元件，此控制元件基本上使它们互相去耦，而其中每一个控制元件，能接收嵌入的信号状态信息作为局部输入，并给出一个作为嵌入信号状态信息函数的控制信号，送至它的对应的网络元件。
11.按照权利要求10的设备，其中导出的装置和嵌入的装置联合定义一个信号接口端口，而其中的信号接口端口与一个连接装置内的至少一个第二信号接口端口耦合，这些信号接口端口合起来能够累积地把多层信号状态添加到该信号上。
12.按照权利要求10的设备，其中多个网络元件包括分布交换结构。
13.按照权利要求12的设备，其中分布交换结构能在以SONET为基础的数字传输网络中支持通道并列的保护交换操作。
14.按照权利要求9的设备，其中多层信号状态层中某一层内现存的嵌入信号状态信息，在传输通道的某一点上，能被更新的信号状态信息重写。
15.按照权利要求9的设备，其中嵌入的信号状态信息，是在传输通道随后的点上，被累积地添加到不同的信号状态层，使该信号能保持一个累积的信号状态。
16.按照权利要求9的设备，其中把一种不同类的状态信息，嵌入多层信号状态层中每一层，为选择判定提供多级控制。
17.按照权利要求9的设备，其中嵌入的信号状态信息包括状态码，而其中的多层信号状态层中每一层，能携带与给定信号状态参数对应的多个状态码。
18.一种用于由沿传输通道分布的多个网络元件控制信号的选择的设备，包括：
至少有一个信号监控元件，与一个信号对应，此至少一个信号监控元件沿传输通道安排，用于导出该信号的信号状态信息；
至少有一个状态编码元件，与该信号对应，能操作此至少一个状态编码元件，把信号状态信息嵌入信号的多层信号状态层中至少一层内；和
至少有一个状态解码元件，与该信号对应，能操作此至少一个状态解码元件，在多个网络元件中任一个上，从信号的多层信号状态层中至少一层内，有选择地提取嵌入的信号状态信息，以利于选择判定。
19.按照权利要求18的设备，其中多个网络元件包括多个交换结构，这些交换结构能在以SONET为基础的数字传输网络中，进行通道并列保护交换操作。
20.按照权利要求19的设备，其中多个交换结构的每一个，包括一个对应的控制元件，此控制元件基本上使它们互相去耦，而其中每一个控制元件，能接收嵌入的信号状态信息作为局部输入，并给出一个作为嵌入信号状态信息函数的控制信号，送至它的对应的交换结构。
21.按照权利要求20的设备，其中至少一个的信号监控元件和至少一个的状态编码元件联合定义一个信号接口端口，而其中的信号接口端口与一个连接装置内的至少一个第二信号接口端口耦合，这些信号接口端口合起来能够累积地把多层信号状态添加到该信号上。
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