CN1557109A - 电信和数据通信交换装置和方法 - Google Patents

Abstract

为了在对数据成组编排的同步数据流进行交换的高数据率交换器中执行无阻塞交叉连接，将数据组的位分离成若干一位或多位的子集，然后在比特率较低的交换器上分别对这些子集进行交换。在目的端再将这些子集重组起来。位分离器和重组器可分别设置在交换卡或源接口和目的接口上。保护交换器可以提供1:N保护，并且“异或”功能可以与保护交换器相结合以提供1:N保护而同时无需从目的接口向源接口发信令。

Description

电信和数据通信交换装置和方法

本发明涉及电信和数据通信交换器，具体地说涉及可以执行完全无阻塞交叉连接的交换器。本发明还涉及一种交换方法。

在SDH(同步数字序列)多路复用器的设备场景中，为了执行完全无阻塞的交叉连接，有必要提供一个具有足够容量以对所有接口进行交叉连接的单交换矩阵。此交换器可以用简单的ASIC、电路板、设备架或采用无阻塞结构的任意组合来实现。

图1显示了一种典型的交换子系统10，它具有两个40千兆比特/秒接口12、14和两个10千兆比特/秒接口16、18。这些接口需要最少100千兆比特/秒的总交换容量。

如果图1的所有接口加倍，则必需的交换容量将是200千兆比特/秒。实际上，为了维持完全无阻塞的交换器，实现这种交换器所需的资源将是四倍而非两倍。这极其不利，且目前技术上不一定可行。此外，如果它是可行的，也可能实现起来并不经济。

本发明旨在解决以上概括的各种缺点。

本发明的最一般的形式是可将同步数据流中的位组分离成若干一位或多位的子集并对各子集分别进行交换。

更具体地说，本发明提供一种用于在第一接口和第二接口之间交换同步数据流(同步数据流的数据位划分成位组)的装置，此装置包括：位分离器，用于将数据组分离成两个或两个以上的子集；多个交换器，其中每个交换器用于对所述两个或两个以上的数据子集之一进行交换；以及位重组器，用于重组位组的经过交换的子集以重新组成位组。

本发明还提供一种用于将同步数据流从第一接口交换到第二接口的方法，其中数据流包括成组编排的数据位。所述方法包括下列步骤：将位组分离成两个或两个以上的子集，分别对各数据子集进行交换以及重组经过交换的子集。

本发明的实施例具有如下优点：利用若干较低速率的交换器可以构造高数据率的无阻塞交叉连接交换器，其中，各较低速率的交换器对一位或多位的数据子集进行交换。这允许提供容量超过目前可能的容量且高达目前最大容量的n倍(n是子集数量)的完全无阻塞交换器。而且，可以构造经济可行的高容量交换器。

在本发明的一个优选实施例中，位分离器和位重组器设置在具有多个交换器的交换卡上。

在本发明的另一实施例中，位分离器设置在第一接口上，而位重组器设置在第二接口上。这具有如下优点：所需的连接总数分布在多个交换器上，其中各交换器可以设置在独立的交换卡上。这避免了缺乏可用连接的问题，降低了连接交换卡和接口的背板上的布线要求，并且还允许支持更多交换器接口。此外，它还具有如下优点：由于将连接分布到若干交换卡上，对交换卡面积和功耗的要求都降低了。

最好提供保护交换器，以便在交换器之一失效时为数据子集提供备用的交换通路。通过将位分离器和重组器设置在接口卡上，一个保护交换器可以提供1:N的保护，其中N是交换器数量。

最好分别在位分离器和位重组器上设置“异或”功能XOR，位分离器上的XOR功能接收作为数据输入的数据子集的位并将输入位“异或”后的结果输出到保护交换器，位重组器上的XOR功能接收作为第一输入的经保护交换器交换的数据位以及接收作为其他输入的经多个交换器中除已失效的一个交换器以外的所有交换器交换的数据位，其中，所述XOR功能的输出包括传送到失效交换器的数据位的位。

这具有如下优点：丢失的数据子集可以通过保护交换器重建而又不必从第二接口向第一接口发信号通知数据丢失。

位分离器和位重组器最好分别包括位重组器和位分离器，从而数据可以从第一接口交换到第二接口，也可从第二接口交换到第一接口。

现在将通过示例，参照附图来说明本发明的实施例，附图中：

前面提到的图1是100千兆比特/秒交换子系统的示意图；

图2说明可以如何组织由接口到交换器的串行数据流；

图3是体现本发明的位分离交换器的示意图；

图4说明交换卡上的位分离；

图5说明接口卡上的位分离；

图6说明利用图5所示的实施例来引入交换卡保护；

图7说明1:N的交换卡保护；以及

图8说明增强的1:N交换卡保护。

在将要描述的实施例中，交换器并行分布在许多子系统上。这种技术适用于任何数据成组的同步数据系统。将要描述的实施例具体指SDH，在SDH中数据位串行传送并以字节或八位组成组。此情况在图2中说明，图2中显示了三个接口1、2和M上的串行比特流。各信道1、2、...、n由顺序传送的、为进行交换而组织在一起的8位组成。

为了执行完全无阻塞交叉连接，在此示例中，交换子系统必须能够将一个信道的所有8位连接到接口中任何其他信道的8位。例如，可能需要将接口1的信道2交换到接口2的信道3。这需要将接口1的信道2的位1-8连接到接口2的信道3的位1-8。在执行连接时，必须始终保持位序列的完整性。

本创新概念基于这种思想：虽然必须在保持序列完整性的情况下将整个8位的数据组或任意大小的数据组从相同源端交换到相同目的端，但是数据组的各位不必一起通过同一物理交换器进行交换。

图3说明怎样对每个信道的各数据位分别进行交换然后在输出接口上组合，以形成所需的信道。应理解，位及其序列必须在其输入和输出接口上保持，但不必作为一个完整的单元(在SDH的示例中为8位)进行交换。

因此，在图3中，从各个接口和信道分配各信道的位，从而允许在不影响交换器的无阻塞特性的情况下分别对各位进行交换。

在图3所示的示例中，采用了8个12.5千兆比特/秒的交换器20，其中，各交换器将40千兆比特/秒接口12的信道的位1-8之一交换到另一40千兆比特/秒接口14的信道上。因此可以利用若干较小的交换器来实现100千兆比特/秒交换器，在本例中为8个12.5千兆比特/秒的交换器。

应理解，在图3中，两个10千兆比特/秒接口为清晰起见已被省略。

在图3的示例中，可以看到，使总的交换容量从100千兆比特/秒加倍到200千兆比特/秒需要各个交换子系统从12.5千兆比特/秒加倍到25千兆比特/秒。这表示一个可以远比一个200千兆比特/秒交换器更为容易经济地实现的小技术步骤。

如果如本示例所提示的那样，可以经济地实现的最大交换规模为100千兆比特/秒，则可以看到，通过将8位数据组的位分布到8个交换子系统上，则可以构造一个800千兆比特/秒的完全无阻塞交换器；这是主要技术限制所建议的容量的8倍。应注意，ASIC技术发展如此迅速，使得容量每年增加2到4倍。在1996年，可以在一块芯片上实现1.25千兆比特/秒的交换器。到2002年，将会在1块芯片上实现20千兆比特/秒的交换器。

如前所述，本发明的原理可用于任何其中数据按两位或两位以的字成组的同步数据流。但是，不必分别对组成字的各位进行交换，而是可以按照成对、4位半字节组或数据字大小的另一因数来进行交换。

图4和图5说明上述位分离技术的两种可能的实现方式。大多数应用由与一系列业务卡或接口卡接口的中央交换器组成。位分离技术因此可以在交换卡或业务接口卡上实现。

图4说明本发明的在交换卡上实现位分离的实施例。在图4中，为了清楚起见，只显示了两个接口并且只显示数据从左到右流动。实际上，可以设置许多接口，且数据在任何给定接口和任何其他接口之间流动。

如图4所示，假定将所有卡装在提供卡间连接的主背板PCB(印制电路板)上，这是数据通信/电信业内的标准做法。

因此，在图4中，两个接口卡202、204与交换卡200相连。如图所示，数据沿箭头方向从左至右流动。安装在交换卡200上的是位分离重组器206、208。对于给定的数据流方向，位分离器206从接口卡202接收8位数据组并将它们分成8个独立的1位数据流，分别送到8个交换子系统210a-210h。在100千兆比特/秒示例中，各交换子系统210a-210h是12.5千兆比特/秒的交换器。位分离重组器208对经交换子系统210交换的位进行重组以重新组成8位组并将重建的位组传送到接口卡204。位分离重组器206、208各自均可以分离或重组数据组，具体取决于数据流的方向。因此，它们每个都包括位分离器和位重组器。

图4所示的配置具有如下优点：如果数据在一个装置内进行交换，则交换装置比所需的更小。位分离技术对接口卡是透明的，接口卡看到的是n位标准宽度的交换接口。

但是，图4所示的实施例具有下列缺点：它没有解决与大型交换器有关的其他问题。具体地说，存在三个具体困难：

a)交换卡电连接容量。随着数据率和所支持的接口卡增加，需要将数量日益增加的接口连接到交换卡中。这就要求越来越多的卡连接。

b)从卡的面积和散热角度上讲，实现交换卡所需的大量装置可能不容易安装在一块卡上。

c)数据保护只能这样实现：用1+1保护为所有交换卡硬件提供全面的保护，从而需要完整的第二交换卡组件来预防交换卡的任何部件失效。

d)

e)图5所示的实施例在接口卡上实现位分离，正如将要参照图6至8所述的那样，可以避免图4实施例的缺点。

f)与图4一样，为了简单起见，图5只显示了两个接口以及只显示了从左到右的数据流。还假定，这些卡都通过背板来互连。位分离重组器306、308设置在各接口卡302和304上，位分离器306将数据组的位分离到与以前一样的各交换卡310a-310h。目的卡304上的位重组器308对经过交换的数据加以重组。

g)在接口卡上进行位分离具有三个主要优点。由于各交换卡只需要来自每个接口卡的一小部分数据，所以连接数也分布到各交换卡上。这就减轻了单个交换卡连接数量的问题并减少了对互连各卡的PCB背板上的布线要求。而且，由于可用的总连接数量增加，所以可以支持的交换接口的总数量也增加

h)图5所示的实施例具有如下更多的优点：因为分布到一定数量的卡(本例中为8块卡)上，所以对卡面积和功耗的要求大大减少；并且，可以采用1:N的交换卡保护，而不是如以下将要说明的那样保护整个交换平面。

i)图6说明1+1交换平面保护方式，这种保护方式可以利用图4所示实施例来实现，传统上由数据/电信业用于保护交换平面。其本质是提供了第二交换平面，目标接口从它所用的交换卡选择接收到的数据。在图6中，两个交换卡400a、400b连接在两个接口卡402和404之间。接口卡402将其流量同时发送到交换卡400a、400b，接口卡404同时从卡400a和400b接收流量并根据适当的失效标准从这两块交换卡之一选择流量。

j)图7说明接口卡上流量的位分离如何提供一种不同的利用1:N技术的保护解决方案。

k)在图7中，配置与图5中的一样，同样的部件用同样的标号加上200来表示。此外，添加了额外的保护交换卡520。就所示数据流方向而言，位分离器506可以根据需要哪一块卡克服故障而发送表示某块主卡510的数据。

l) 例如，假定交换卡510c失效。接口卡504将检测到该故障并向接口卡502回送信号以通知从交换卡510c来的数据已丢失。接口卡502然后将预定发往卡510c的数据(即每个信道的每第三位)发送到保护交换卡520。接口卡504可以将从保护交换卡520接收的数据作为从失效卡510c接收的数据来加以处理，从而解决所述问题。

m)失效情况可以由接口卡504通过保护卡本身的数据通路或通过连接所有卡的公共控制总线530来发信号通知。

n)因此，可以为任一交换卡510的失效设置与各交换卡510a-510h的容量相同的一个附加交换卡。

o)图7所示的配置优点突出，但缺点是接口卡504必须向接口卡502回发信号通知存在故障。因此，从数据丢失到通过保护卡520重新对失效卡的数据进行路由之间需要一段时间。

p)图8所示的实施例允许恢复数据，无需在接口卡之间发信号通知故障原因就可启动保护。

q)这是以如下方式实现的：经保护卡发送包含允许接收接口卡重建原数据而又无需向源卡回送信号的信息的数据。

r)这是利用逻辑“异或”功能(“XOR”)来实现的。表1说明2位“异或”的逻辑表：

s)

A

B

XORAB

0	0	0
			0	1	1
1	0	1
			1	1	0

表1

为了清楚起见，图8是具有2个数据位的简化系统。这两位经设置在接口卡602、604上的位分离器606、608分离后通过两个交换器610a、610b，并由第三位来提供保护。

从图8可以看出，位分离器现在具有XOR功能，其中，源接口卡具有接收由两个数据位构成的数据输入A、B的XOR 612。此XOR功能的输出提供给保护接口卡614并经交换作为到目的接口卡的位分离器608的XOR功能616的输入。XOR功能616的另一输入是目的接口卡上第一选择器618的输出，第一选择器618可以选择两个经过交换的位中的任一位作为输入。

目的接口卡604通常从所述的两块交换卡接收数据。但是，如果这两块卡之一失效，则剩余卡的数据与来自保护卡的数据相“异或”。由于逻辑XOR功能的特性，XOR功能的输出是从失效卡输入的数据。可以这样来理解：考虑两个XOR功能612和616的输出，当交换卡610a失效时，将来自卡610b的数据B位与保护交换卡数据位相“异或”。结果示于表2中。

数据A	数据B	保护交换器输入(A xor B)	接口604上的XOR输出(B xor P)
				0	0	0	0
0	1	1	0
				1	0	1	1
1	1	0	1

表2

因此，可以看到，XOR的输出B xor P与A相同。

表3说明这种情况：卡610b失效，而来自卡610a的数据A位与保护交换卡数据位相“异或”。

数据A	数据B	保护交换器输入(A xor B)	接口604上的XOR输出(A xor P)
				0	0	0	0
0	1	1	1
				1	0	1	0
1	1	0	1

表3

这里可以看出，XOR的输出A xor P与数据B位相同。

因此，可以看出，XOR功能使得可以正确地重建丢失的数据流。重建的数据流传送到第二选择器620，以便传递来自工作交换卡610a/b的数据和XOR输出，用以形成所需的数据输出。

尽管为简单起见参照2位来进行说明，但图8所示的实施例对任意数量(例如8)的位有效，并允许替换这些分离比特流中相应交换卡已失效的任何一个比特流。无需从目的交换卡向源交换卡发信号而使任意数据损失最小。

总而言之，已描述的本发明的各种实施例允许在同步数据系统中实现速率很高的全接入交换，方法是通过将传输协议中构成重复序列的位分布到若干交换通路上，从而允许利用现有技术来实现很高的交换速率。

在不背离本发明的前提下对所述实施例进行各种修改是可能的，本专业的技术人员会想到这些修改方案。例如，可以提供不同于SDH的同步数据传输协议，其中，数据按长度相同的规则位组传输。

Claims (16)

1.一种用于在第一接口和第二接口之间对同步数据流进行交换的装置，所述同步数据流的数据位分成若干位组，所述装置包括：

位分离器，用于将所述数据组分离成两个或两个以上子集；

多个交换器，每个所述交换器用于对所述两个或两个以上数据子集进行交换；以及

位重组器，用于将所述经过交换的位组的子集重组成所述位组。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据组划分成若干子集，每个所述子集具有一位，以及所述多个交换器的交换器数量等于每组中的位数。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述多个交换器、所述位分离器和所述位重组器设置在交换卡上。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述位分离器设置在所述第一接口上，而所述位重组器设置在所述第二接口上。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述多个交换器各自包括独立的交换卡。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于包括保护交换器，用于在所述多个交换器之一失效时在所述第一接口和所述第二接口之间为数据子集提供备选交换通路。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于包括用于从所述第二接口向所述第一接口发信号通知所述多个交换器之一已失效的装置。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信号装置包括所述第一接口和所述第二接口公用的总线。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于在每个所述位分离器和所述位重组器上分别包含“异或”功能XOR，所述位分离器上的所述XOR功能接收作为数据输入的所述数据子集的位并将所述输入位的“异或”结果输出到所述保护交换器，所述位重组器上的所述XOR功能接收作为第一输入的经所述保护交换器交换的数据位以及接收作为其他输入的经所述多个交换器中除已失效的一个交换器以外的所有交换器交换的数据位，其中，所述XOR功能的输出包括传送到所述失效交换器的数据位的交换位。

10.如任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述同步数据流包括同步数字序列(SDH)比特流。

11.如任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个其他接口，其中所述多个交换器可以在所述第一接口、所述第二接口和所述至少一个其他接口中的任何接口之间交换数据子集。

12.如权利要求1至11中任意一项所述的装置，其特征在于，所述位分离器包括位重组器，用于重组从另一接口接收的数据子集，而所述重组器包括位分离器，用于对从所述第二接口经所述多个交换器到另一接口的数据组进行分离。

13.一种将同步数据流从第一接口交换到第二接口的方法，所述数据流包括成组编排的数据位，所述方法包括：

将所述数据组分离成两个或两个以上的子集；

分别对每个所述数据子集进行交换；以及

对所述经过交换的子集进行重组。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述数据子集各包括至少一个数据位。

15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于包括：在所述第二接口上一检测到所述数据子集之一的数据丢失，就向所述第一接口发信号通知所述数据丢失，并通过保护交换器对所述丢失的数据子集进行交换。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于包括：在所述第一接口对所述数据子集的位执行“异或”功能(XOR)以提供XOR输出，并通过所述保护交换器对所述XOR输出进行交换；以及在所述第二接口上，一检测到所述数据子集之一丢失，就利用所述XOR输出和所述剩余的经过交换的数据子集执行XOR功能以重建丢失的数据子集。

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