CN1426650A

CN1426650A - 利用固定长度段公平和有效地传送可变长度分组的方法与装置

Info

Publication number: CN1426650A
Application number: CN01808751A
Authority: CN
Inventors: J·C·劳; S·C·罗伊; J·F·吉尔斯多尔夫
Original assignee: Transwitch Corp
Current assignee: Transwitch Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2003-06-25
Also published as: EP1287644A4; EP1287644A1; WO2001084781A1; US6356561B1; AU2001249813A1; CA2403504A1

Abstract

一种用于利用固定长度“段”公平和有效地传送可变长度分组的方法利用修改了的UTOPIA接口(12)，所述接口具有三个增加的附加信号(14、16、18)，即分组开始(SOP)、分组结束(EOP)以及最高有效字节(MSB)。分组被分为固定长度的“段”。段开始由UTOPIA信元开始(SOC)信号线上的脉冲标记，分组开始由SOP信号线(14)上的脉冲标记，分组结束由EOP信号线(16)上的脉冲标记。当分组在总线上以单字节结束时，MSB信号线(18)被断言，以将其与总线上以两个字节结束的分组区别。通过使EOP成为多比特信号，本发明可被扩展以适应宽于16位的总线。

Description

利用固定长度段公平和有效地传送可变长度分组的方法与装置

发明背景

1、发明领域

本发明涉及电信。更具体地说，本发明涉及通过固定长度段传递可变长度分组。

2、技术背景

1962年在伊利诺斯州的芝加哥建立了第一个商用数字语音通信系统。该系统被称为“T1”，并且基于两个绞合线对上24路电话呼叫的时分多路复用技术(TDM)。T1系统的数字比特率为1.544Mb/s(±200bps)，在二十世纪六十年代，这几乎是绞合线对在约1英里的距离上可支持的最高数据速率。当时在芝加哥，承载T1信号的电缆被埋在地下，并经由间隔大约1英里(实际为6000英尺)的检修孔接入；这样，具有数字中继器的模拟放大器被方便地放置在大约一英里的间隔。T1系统至今仍被广泛地使用，并且形成用于包括传输28路T1信号的T3的更高容量通信系统的基本构件。

二十世纪七十年代早期，采用另一种技术来支持数据网络。该技术被称为“分组交换”。与T1和T3网络不同，分组交换专为数据通信而设计。分组交换中，数据的“分组”包括信头、净荷和循环冗余校验(CRC)。信头包括寻址信息以及净荷长度的指示，净荷包括将在网络上传输的实际数据。CRC被用于检错。分组的接收机执行分组中的比特计算，并将计算结果与CRC值进行比较。如果CRC值与计算结果不同，这意味着该分组在转接中被破坏。根据分组交换方案，被破坏的分组被删除，同时接收机向发射机发送消息以重发该分组。广域网(WAN)的一种常用分组交换方案被称作X.25，它利用一个具有128个八位字节的固定净荷的分组。其它分组交换方案允许高达64000个八位字节的可变长度分组。帧中继是利用可变大小分组的WAN分组交换方案的例示，以太网是利用可变大小分组的局域网(LAN)分组交换方案的例示。

随着分组交换的发展，世界上一些团体开始考虑用于计算机网络互连的标准，并形成术语“网际互连”，网际互连的领导先驱为ARPANET(高级研究项目网络)的创立者们。ARPA，美国国防部的一个组织，它开发并实现了传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)。TCP/IP码专门用于公用域，并迅速地被世界上的大学、私人公司及研究中心采用。IP的一个重要特性是它允许分片操作，即将分组分为更小单元。这对于允许使用大分组的网络连接到使用小分组的网络是关键的。今天，TCP/IP是因特网的基础，它被用于电子邮件、文件传送以及万维网浏览。另外，TCP/IP普及得非常广泛，使它现在已被用于语音和视频以及数据传输。

在电信领域，异步传递模式(ATM)技术也许是所知的最为人们所期待和现在成长最快的技术。ATM最初被构想为综合业务的载体，例如：语音、数据和视频。ATM利用53个八位字节(5个八位字节的信头和48个八位字节的净荷)的固定长度分组(被称为“信元”)。ATM在LAN或WAN中均可实现。对于理想的数据传送，ATM被用于从数据源到数据接收机的端对端传送。然而在当前实践中，大部分在ATM网络上的数据业务(包括TCP/IP业务)都是经另一具有长度远大于固定长度ATM信元的分组的网络类型而开始和终止的。这样，进入ATM网络的数据分组必须被分段为ATM信元。这些信元必须在离开ATM网络时重装为分组。这些被称为SAR(分段和重装)的过程在ATM网络边缘上的ATM交换中被执行。

在ATM技术中，一种用于在电路板上芯片间传递ATM信元的通用接口规范为UTOPIA接口。UTOPIA接口在ATM论坛标准规范af_phy_0039.000(UTOPIA level 2，Version 1，June 1995)中进行了规定，这里通过引用将此规范的全部内容结合到本文中。现有的UTOPIA标准定义了所谓的PHY(物理)装置和ATM装置之间用于传送固定长度ATM信元的接口。根据UTOPIA标准，PHY装置负责执行信元定界(cell_delineation)(经信头纠错(HEC)码)及加扰/解扰AMT信元的信元净荷。PHY装置也可以执行较低级的成帧功能，例如，SONET成帧。ATM装置负责执行较高级的功能，如缓冲以及调度ATM信元和SAR。

ATM技术的一个优势在于其规定业务质量(QOS)，这是可变长度分组交换方案所不提供的。多路复用可变长度分组这种特别长的分组将导致全部其它分组流的延迟。因为因特网的极大普及，希望提供用于以公平而有效的方式传送可变长度IP分组的方法和装置。

发明概述

因此，本发明的一个目的是提供用于传送可变长度分组的方法和装置。

本发明的另一目的是提供一种用于可变长度分组传送的接口，所述接口在允许多个端口接收总吞吐量的公平共享上是公平的。

本发明的又一目的是提供一种用于可变长度分组传送的接口，所述接口使吞吐量最大，并与分组长度无关。

本发明的再一目的是提供一种用于可变长度分组传送的接口，所述接口使分组延迟最小，并与分组长度无关。

本发明还有一个目的是提供一种用于可变长度分组传送的接口，所述接口容易地适应于现有装置。

根据这些将在下面详细讨论的目的，根据本发明的接口使用UTOPIA接口，所述UTOPIA接口经过修改以增加了三个附加信号：分组开始(SOP)、分组结束(EOP)、以及最高有效字节(MSB)。根据本发明的方法，分组被分为长度固定但可编程的段，如8到64字节。段的开始由信元开始(SOC)信号线上的脉冲标记。因为可编程的固定段长度，所以段的结束是已知的。分组的开始由SOP信号线上的脉冲标记，分组结束由EOP信号线上的脉冲标记。根据本发明的当前优选实施例，字节经16位总线传送。当分组在总线上以单字节结束时，MSB信号线被断言，以将之区别于总线上以两个字节结束、其中最后一个字节是零字节的分组。通过使EOP成为多比特信号(例如，32位宽总线的2个比特)，可以扩展本发明，以适应比16比特更宽的总线。

通过本发明增加到标准UTOPIA接口的附加信号不涉及段的传送。段以与使用标准UTOPIA技术传送ATM信元相同的方式被传送。但是，附加信号被PHY装置用于重建通过此接口传送的分组。因此，根据本发明的单一接口可以被用于传送可变长度分组和ATM信元。在传送ATM信元时，简单地不用附加信号，从而PHY装置将数据做为ATM信元而不是段来处理。另外，由于SOC信号独立于SOP信号，因此分组可以在段的任何最高有效字节开始，并在段的任何字节结束。换句话说，当分组在段内结束时，新的分组可以在同一段内开始。

根据本发明，通过基于诸如循环的仲裁来交织来自不同源(或到不同信宿)的段，接口公平地支持多个PHY端口。因此吞吐量被公平和有效地分配。无需在另一分组可能开始传送之前完成分组的传送。因此减少了延迟。由于分组的延迟不会超过一个可预测的持续时间，所以这也允许对分组业务使用较小缓冲器。

根据本发明的装置包括上述修改了的UTOPIA接口(具有三个附加信号线)、一个或多个缓冲器以及执行所述方法的逻辑(分段和重装段、端口间仲裁和在适当的时间断言信号线)。

对于本领域的技术人员，本发明的其它目的和优势将通过参考结合提供的附图进行的详细描述而变得显而易见。

附图概述

图1是根据本发明的装置的简化方框图；以及

图2是说明本发明的方法的示意时序图。

优选实施例的详细描述

现在参考图1，根据本发明的装置10包括UTOPLA接口12、控制逻辑20、20′以及缓冲器22、22′，所述UTOPIA接口12进行了修改以增加三条信号线14、16、18。如图1所示，逻辑20和缓冲器22与具有多个端口、端口1......端口N的分组源24相关。逻辑20′和缓冲器22′与具有多个端口、PHY端口1......PHY端口N，的PHY装置26相关。与常规UTOPIA接口一样，附加装置可以被连接到相同的修改了的UTOPIA总线。根据本发明，这些装置可以包括多个PHY装置、多个分组装置和多个ATM装置。

根据本发明，三条附加信号线14、16、18被用于表示分组开始(SOP)、分组结束(EOP)和最高有效字节(MSB)。根据本发明的方法，在通过接口传送到PHY装置26之前，经端口1......端口N进入分组装置24的分组首先在缓冲器22中进行缓冲。对逻辑20进行程序设计(最好是硬连线)，从而将分组分段成固定长度段。根据当前的优选实施例，段可以小至8字节，或者大至64字节。

当段在接口上从分组装置24传送到PHY装置26时，在每个段的开始，逻辑20断言标准UTOPIA信元开始(SOC)信号线(包括在图1的12内)。逻辑20′通过固定的段长确定段的结束。根据本发明，当段是分段分组的第一段时，逻辑20断言SOP信号线14；当段是分段分组的最后一段时，逻辑20断言EOP信号线16。根据当前本发明的优选实施例，字节经16位总线传送(根据UTOPIA标准)。当分组在总线上以单字节结束时，逻辑20断言MSB信号线18，从而将其区别于总线上以两个字节结束的分组。将被理解，PHY装置26中的逻辑20′利用这些信号，从而将根据由分组装置24发送的段来重建分组。然后分组可以经任何PHY端口发送到另一装置，用于下一步的传输和/或处理。

如上所述，修改了的UTOPIA接口的段的实际传送以与ATM信元的传送一样的方式完成，三个附加信号没有用于传送数据，而是用于将段重装为分组。这样，根据本发明的接口除了以段形式传送可变长度分组之外，还可以被用作标准UTOPIA接口，以传送ATM信元。另外，如上所述，来自不同分组流的段可通过相互交织被多路复用，还可以和ATM信元交织。这种仲裁由逻辑20执行。并且，由于SOC信号是独立于SOP信号的，分组可以开始于段中的任何最高有效字节并结束于段中的任何字节。换言之，当分组在段内结束时，新的分组可以在同一段中开始。

图2说明根据本发明，如何使用标准UTOPIA信号和三个附加信号以传送来自两个分组流的段。在图2中，4个段(A、B、C、D)被传送，两个段(A、C)到PHY端口“1”，两个段(B、D)到PHY端口“2”。当nEnb信号为高时，通过断言端口地址来选择端口。在本例示中，段的长度为16字节，其中每个时钟周期传送2个字节。段A包括形成分组结束的5个字节和形成新分组开始的8个字节。段B是形成新分组开始的16个字节，段C包括一个形成在段A开始的分组结束的字节、一个完整的5字节分组和开始新分组的2个字节。段D是继续段B中开始的分组的16个字节。

现在参考图2中的时间符号t₀-t₁₂，将依次对每个信号进行解释。在时间t₀，发射机断言地址“1”，从而使接收机理解后续传输是到PHY端口“1”的。在下一个时钟周期t₁，发射机断言SOC线，以表示段或ATM信元的开始。接收机根据先前的传输理解传输是段或信元，即如果已经断言了SOP信号且从未收到EOP信号，则传输被理解为段。同时，在t₁，发射机发送2个字节。两个字节的传输持续直到t₂，开始单字节的传输。单字节表示分组的结束，由此发射机断言EOP信号以及MSB信号。在段A中此分组结束之后，在单个时钟周期期间有一个16比特的间隙(或被接收机丢弃的16比特的填充)，在这个时钟周期之后，在t₃，新分组开始。在t₃开始新分组的同时伴随着SOP线的断言。数据发送持续到t₄时段A结束。通过在t₄时断言所述地址，下一段，段B寻址到PHY端口“2”。在下一个时钟周期t₅，断言SOC和SOP线，表示后续数据是分组的开始和段的开始。对于下8个时钟周期，每个周期发送2个字节。段B在t₆结束，于是发射机断言PHY端口“1”的地址线，发信号通知下面的传输到端口“1”。在t₇，发送单字节并且断言SOC、EOP以及MSB线。这些信号分别表示段C的开始、开始于段A中的分组的结束以及所述传输仅包括一个单字节。经过两个段中没有数据(填充)的时钟周期。在t₈，随着断言的SOP线发信号通知，开始一个新分组。这个分组仅有5个字节，并且在t₉随着EOP和MSB线被断言而结束。在3个填充字节后，随着段C最后的字期间断言SOP线，一个新的分组在t₁₀开始。最后，根据本例示，地址“2”在t₁₁被断言且另一个段随着SOC线被断言在t₁₂开始。

本领域的技术人员将会理解：在修改了的UTOPIA接口上段的传送将涉及其它信号，其中包括确定段是否可以被传送的标准UTOPIA轮询信号、异常中止信号和CRC错误信号。那些信号在前面结合进来的UTOPIA标准文档中进行了解释。本领域的技术人员还将理解，通过使EOP(或MSB)信号成为多比特信号，本发明可以被扩展以适应比16位宽的数据总线。

还将理解，根据诸如循环或其它机制的任何期望的仲裁方案，本发明允许混合来自多个源的段。根据本发明，如上所述，多个源的多路复用和仲裁由逻辑20执行。另外，应该理解：多个段可以与多个ATM信元混合。逻辑20′通过以下方式识别传输的何时是ATM信元而不是段。如果SOP信号从未被断言，SOC信号被解释为ATM信元的开始。如果SOP信号和SOC信号同时被断言，或SOP信号之前已被断言，同时还未检测到EOP信号，则SOC信号被解释为段开始的指示符。

这里描述并说明了用于公平和有效地传送可变长度分组的方法和装置。虽然描述了本发明的特定实施例，但是无意于将本发明限于其中，意于将本发明允许在本领域允许的范围的宽度，并且本说明书的阅读也是如是。这样，虽然特定的名称被赋予附加信号线，将理解也可以利用其它名称。同时，尽管示出某种数量的物理端口，但应认识到本发明可使用更多或更少的端口。另外，尽管作为优选地公开了循环仲裁，但也可使用其它更复杂的仲裁。本领域的技术人员可以理解，在不背离权利要求的精神和范围的情况下，还可以对所提供的发明进行其他的修改。

Claims

1.一种用于公平和有效地传送可变长度分组的装置，它包括：

a)具有第一和第二附加信号线的修改了的UTOPIA接口；

b)至少一个缓冲器，连接到所述修改了的UTOPIA接口，用于存储等待传送的分组；

c)分段装置，连接到所述至少一个缓冲器，用于将分组分段为固定长度段；

d)断言装置，连接到所述第一和第二附加信号线，用于在所述接口上的段是分组开始时断言所述第一附加信号线，以及在所述接口上的段是分组结束时断言所述第二附加信号线；

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述修改了的UTOPIA接口具有两字节数据通道和第三附加信号线，以及

所述断言装置连接到所述第三附加信号线，并且用于在所述两字节数据通道上只传送一个字节时断言所述第三附加信号线。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括：

a)仲裁装置，连接到所述至少一个缓冲器，用于在多个可变长度分组源中进行仲裁。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述仲裁装置为循环仲裁器。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述段具有在8字节到64字节之间的固定长度。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述段具有16字节的固定长度。

7.一种用于公平和有效地传送可变长度分组的方法，所述方法包括：

a)通过增加第一和第二附加信号线来修改标准UTOPIA接口；

b)将所述分组分段为固定长度的段；

c)在所述修改了的UTOPIA接口上一次一个地传送所述段；

d)当段包括分组开始时，断言所述第一附加信号线；以及

e)当段包括分组结束时，断言所述第二附加信号线；

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述UTOPIA接口具有两字节数据通道，

所述修改步骤包括增加第三附加信号线，并且所述方法还包括：

f)当在所述两字节数据通道上只传送一个字节时，断言所述第三附加信号线。

9.如权利要求7所述的方法，还包括：

f)缓冲多个可变长度分组源；以及

g)在所述多个可变长度分组源中进行仲裁。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：

所述仲裁步骤为循环仲裁。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述分段步骤包括将所述分组分段为具有长度在8字节至64字节之间的固定长度段。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：

所述分段步骤包括将所述分组分段为具有长度为16字节的固定长度段。

13.如权利要求7所述的方法，还包括：

f)在所述修改了的UTOPIA接口上一次一个地传送ATM信元；以及

g)通过记住所述第一和第二附加信号线是否已被断言来区分ATM信元与段。