CN1669254A - 用于载体级访问的多访问线路的高层捆绑 - Google Patents

用于载体级访问的多访问线路的高层捆绑 Download PDF

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CN1669254A
CN1669254A CN03817001.9A CN03817001A CN1669254A CN 1669254 A CN1669254 A CN 1669254A CN 03817001 A CN03817001 A CN 03817001A CN 1669254 A CN1669254 A CN 1669254A
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迈克尔·加齐耶
莫尔塔扎·古德拉特
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HINALL CO
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Abstract

用于增加数字用户回路(DSL)连接(图1)的带宽和可靠性的装置及方法。该系统包括：提供多DSL线路、将通信量分离为单元(202)、相互独立地传输单元、以及在目的地重组单元(210)。在重组该单元时，可以使用序列号(204)。虚拟电路(VC)可经由DSL线路构成。因此，一个DSL线路中的故障仅仅减少带宽而不会中断用户。用这种方式，可以为用户廉价地配置增加的带宽和可靠性。

Description

用于载体级访问的多访问线路的高层捆绑
相关申请的交叉引用
不适用
关于由联邦政府资助的研究和进展所作的有关发明权利的声明
不适用
对“序列表”、表格或以光盘提交的计算机程序列表附件的参照
不适用
                          背景技术
本发明一般涉及数字用户回路(DSL)技术，特别涉及用于有效地提供增加的带宽和增强的可靠性的系统和方法。
对高速通信的一种建议方案是引入数字用户回路(DSL)技术。目前，存在着许多不同的DSL标准，包括：异步DSL(ADSL)、高速DSL(HDSL)、甚高速DSL(VDSL)、同步DSL(SDSL)、同步高速DSL(SHDSL)、综合服务数字网(ISDN)DSL(IDSL)系统等。通常，术语DSL被用来表示上述和其它标准。DSL最吸引人的一个特征是它利用现有的基础实施来实现，也就是简易老式电话系统(POTS)。DSL可以共享通常在电话通信中使用的铜双绞线。
然而，使用DSL技术仍然存在几个问题。第一个问题是，它缺乏DSL线路卡(DSL line card)保护，因为牵涉到成本以及可能受到影响的单个或少数客户事实。例如，由线路切断所引起的DSL线路故障仅对由该线路服务的顾客造成服务损失。为了克服这种保护限制，载体常常在它们向商业或其顾客要求的载体级提供服务内包括冗余DSL线路。然而，从终端用户的观点看，该类型的故障切换恢复机制不能够经济地得到。这种开支是因为冗余DSL线路没有承载附加的带宽。另外，顾客有可能需要增加路由器到他们的网络。而且进一步，从有缺陷的线路到冗余、备份线路的恢复是缓慢的。
DSL技术的第二个问题是带宽限制。DSL具有公知的速度/抵达限制。通常，较长的线路比较短的线路获得较低的带宽服务。而且，低质的线路，例如坏电缆或具有分接头(tap)的线路，将会比高质的线路获得较低的带宽服务。这种线路缺陷限制了载体提供具有高带宽需求服务(例如视频)的能力。
高速的1层解决方案(例如代替ADSL的VDSL)尝试解决带宽的问题，但是它可能会产生高的初期部署成本。通常，VDSL线路卡比ADSL更加昂贵、更加不密集、以及具有更差的速度/抵达限制。另外，通过去除线路上的分接头和/或网桥来固定物理线路到客户可以增加该线路上的可用带宽，但是具有这种性质的服务呼叫是非常贵的，并且可能仍然不能够得到所需的带宽。
为了解决上述问题，大量的解决方案目前被工业界提出来。“1层”解决方案可被提供用来解决双线路的捆绑(bonding)问题。1层上的捆绑将两或更多的线路在物理层上绑在一起。简单的例子是将来自两或多个线路的位或字节按位或按字节多路复用在一起。1层捆绑的例子在综合业务数字网(ISDN)的BONDING规范中给出。
1层解决方案是完美的，这是因为其隐藏了来自较高层的多个线路。然而，它在参数(如链路长度、线路之间的延迟、以及不同的链路速率)方面是不灵活的。而且，由于捆绑在一起的线路的紧密耦合，捆绑趋向于在一个芯片上实现，或在一个电路芯片卡(线路卡)上实现。这样，1层解决方案不能解决线路卡故障的问题。而且，它通常不能够解决在一个芯片或线路卡上捆绑多个线路的问题，也不能够解决以不同速率工作的线路的问题。
“2层”解决方案能够代替1层解决方案或外加到1层解决方案而实现。2层解决方案对于异步传输模式(ATM)的一个例子是在ATM上的索引多路复用(IMA)。IMA捆绑多个物理链路以创建更大的虚拟链路。然而，IMA需要下层的物理链路具有同等速度或带宽，这就限制了服务提供的粒度。也就是说，和应用到DSL的速度一样，每一DSL线路必须具有相同的速度。
“2层”解决方案的另一个例子是点对点协议(PPP)的解决方案。在PPP解决方案中，多线路PPP(MP)能够将多线路捆绑在一起。写于1994年的RFC 1717定义了多链路PPP，其现在几乎已应用于所有的现代ISDN设备。它后来由RFC 1990代替。多链路PPP允许ISDN设备将两个64K信道捆绑为逻辑的128K信道。该解决方案是有效的，因为它能够将不同速率和延迟的线路捆绑在一起。然而，它依赖于在PPP之上的数据。许多协议不支持PPP，这就限制了上述解决方案的应用范围。
还有一种解决方案是“3层”解决方案，例如将数据通过两或多个DSL线路路由到达同一顾客。尽管该解决方案很好地实现了通过多流向的负载平衡问题，但其不能够分离通过多链路的单个通信量。也就是说，由该解决方案支持的最大的流量依赖于最大DSL线路的带宽。另外，该解决方案还具有下面的问题。由于它需要两个ADSL路由器、两个网关设备以及附加的服务提供商应用路由器，因此其价格是昂贵的。3层恢复是缓慢的。多个3层路由器可能使网络混乱。多个3层路由器可能使返回路径路由不对称。
因此，可以看出目前的解决方案对于保护DSL线路或降低带宽限制的任一解决问题是有效的，但不是对两者都有效。进一步说，目前的解决方案是不实用的、昂贵的或复杂的。因此，本发明的目的就是消除或减轻至少一些上述不足。
                          发明内容
本发明的有益效果在于，多DSL线路能够被捆绑在一起以创建比使用单个DSL线路可获得的带宽更大的带宽的数据路径，而且不会有现有技术的保护和带宽限制。
根据本发明的一个方面所述，它提供了一种用于与数字用户回路(DSL)通信系统一起使用的多路复用系统，所述数字用户回路(DSL)通信系统包括至少一个DSL链路和交换结构(switching fabric)。所述多路复用系统包括第一端点，其用于接收数据单元流并将所述数据单元多路复用在多个虚拟电路(VCs)上。被多路复用的数据单元包括用于标识与预定单元的偏移量的序列号。该多路复用系统还包括第二端点，其用于经由所述DSL通信系统接收和多路分离(demultiplexing)来自所述多个虚拟电路的所述数据单元。所述第二端点根据所述数据单元的序列号组织接收的数据单元并将经过组织的单元输出到输出数据流中。
                   附图的简要说明
本发明的实施方案将参照以下附图仅以举例的方式进行描述，其中：
图1是根据本发明的实施方案的DSL系统的方框图；
图2是图1所示DSL系统在上行方向中的操作流程图；
图3是图1所示DSL系统在下行方向中的操作流程图。
               优选实施方案的详细描述
为了方便，说明书中的相同标记指代附图中的相同结构。参照图1，按照本发明实施方案的DSL系统通常以附图标记100表示。系统100包括用户前端(premise)设备(CPE)102和通用单元(CE)104。CPE 102包括多个远程ADSL收发单元(ATU-R)106。通用单元包括多个线路卡(line card)、交换结构(switching fabric)110和端点112。线路卡108进一步包括中央ADSL收发单元(ATU-C)114。每一个ATU-R都通过DSL链路116连接到相关的ATU-C。虽然本图仅表示单独一个CPE 102，但本领域技术人员可以理解，一个单独的用户可使用多个CPE。每个CPE优选地连接到不同的线路卡以提供增强的可靠性。本系统的组成单元的一般操作在本领域是公知的，因此下面只详细描述根据本实施方案所述的改进。
系统100用于将多个DSL线路捆绑(bind)在一起以创建具有比使用单一DSL线路可获得的带宽更大的带宽的数据通路。但是，该数据通路的创建能够解决以上针对现有技术所述的ADSL的保护和带宽限制。
在本实施方案中，用户被分配多个中间ATM虚拟电路(VC)。这些分配给用户的中间虚拟电路(在后面被称作VC组)用于创建单个的、更大的逻辑VC，从而为用户提供比单一线路可获得的带宽更大的带宽。然后VC组中的每一个VC被独立地路由经过网络中的多个路径，并且在穿过捆绑区域之后立刻被重组为原始VC。
参照图2，其中网络100在上行方向(也就是从ATU-R 106到ATU-C 114)中的操作流程图通常以附图标记200表示。步骤202中，CPE 102处的通信量在单元边界(cell boundary)处被分离以用于使其通过多个VC进行分发。CPE102接收输出的用户信息并将信息分离成各个单元。在步骤204中，给每个单元分配一个序列号(sequence number)以表示其相对于引导(lead)单元的位置或与其的偏移量。在步骤206中，这些单元接着以多路复用的方式穿过多个包含VC组的VC。每个VC与ATU-R 106相关联。优选地，这些VC被例示为它们的带宽仅为在单一DSL线路上能获得的带宽的一部分。因此，多个VC能够与每个ATU-R 106相关联。可选地，每个VC的带宽等于DSL线路116上的带宽，并且一个VC与每个ATU-R 106相关联。
每个VC被作为标准DSL系统中独立的VC处理，并且在步骤208中数据如下所述地被传送到其目的。每个VC的数据经过DSL链路116从ATU-R 106被传送到ATU-C 114。ATU-C 114将每个VC的数据通过交换结构110传送到其目的或端点。每个VC独立于其它VC被路由，从而很可能遍历经过交换结构110的不同路径。因此，在交换结构110中的中间交换点处，单元如同典型的ATM交换机的方式被简单地向前传送。在步骤210中，在CE的端点，单元根据需要被缓冲以便按照每个单元的序列号重建原始单元序列。端点通常为出口线路卡112，但它也可以在另外方便的位置，如同本领域技术人员所能理解的那样。同样，对于原始发送到CPE 102的通信量的VPI/VCI而言，多个VC可能具有不同的虚拟路径标识符(VPI)和虚拟信道标识符(VCI)的值。因此，原始的VPI/VCI被再次应用，并且首标(header)或其它校验和被再生成。利用多个可能的机制中的一个，可以获知端点处的原始VPI/VCI。在第一实施例中，原始VPI/VCI在端点处被提供。在第二实施例中，原始VPI/VCI通过信令传送给端点。在步骤212中，数据以近似等于VC组的组合速率的速率被输出。
参照图3，其中网络100在下行方向(也就是从ATU-C 114到ATU-R 106)中的操作流程图通常以附图标记300表示。该流程图类似于图2所示流程图的逆序。在步骤302中，端点处的单元沿着单元线被分离。如果上行方向的端点是出口线路卡112，那么在下行方向同样的线路卡112可被用作入口线路卡。在步骤304中，端点将序列号插入单元中，并且在步骤306中，这些单元被安排(scheduled)给VC组中的多个VC。在步骤308中，这些单元经过交换网络被分发到ATU-C 114。CE 104使用VC和典型的ATM交换机在DSL链路上分离通信量。在步骤310中，CPE 102按照序列号将这些单元重组为逻辑VC。在步骤312中，CPE 102将组合的数据流发送到更高层的应用。
下面给出对VC分离和安排以及分配序列号的详细描述。在一个实施方案中，将通信量分离为多个VC是基于每个VC的峰值单元速率(PCR)的。在一个简单的方式中，所有VC具有相同的PCR并且使用调度器(scheduler)将单元以循环的方式发送给每个VC。调度器是本领域技术人员公知的，因此不需要进行详细讨论。但是，调度器应该具有灵活性以使得通信量可以不同的PCR通过VC分发。例如，如果第一VC具有的PCR是第二VC的PCR的两倍，那么优选地调度器分发的给第一VC的单元的数量是其分发给第二VC的两倍。
对于每个单元来说，序列号可承载于首标、VPI/VCI字段(field)或有效负荷(payload)中。如果有效负荷用于携带序列号，那么对有效负荷中的序列号的位置有如下建议。例如，可指定有效负荷的末端字节作为序列号。在这个实施例中，当数据在发送器处被打包成ATM单元时，该单元的有效负荷中包括47字节的数据和1字节的序列号。当数据在接收器处被从单元中拆开时，来自随后的单元的字节用于完成每个有效负载。也就是说，每个单元在被重组为单一的VC之前等待随后单元的到来，在缓冲器中提供两个单元。序列号占用的字节被随后的单元中的数据代替。具有序列号1的第一接收的单元使用来自随后单元的有效负荷的1字节数据来在去除序列号时代替它。具有序列号2的第二单元使用来自随后单元的有效负荷的2字节数据来代替序列号和被传送给先前单元的字节。因此可以看到，从随后单元取走的字节数等于该单元的序列号。可选地，可为有效负荷分配另外指定的位数作为序列号。
如果VPI/VCI字段用于携带序列号，那么可使用下面的选择。在一个实施方案中，VPI/VCI字段被静态地划分。也就是说，VCI字段的最高有效预定位数(MSB)携带VCI值而最低有效预定位数(LSB)携带序列号。在本实施方案中，预定位数的优选值是8。在本实施方案中选定值8是因为8位序列号足够用来确定256个单元，这比目前ATM支持的最大数据包长度更大。本领域技术人员应该理解，序列位的最大长度可根据要求变化，但这并不会背离本发明的范围。
类似地，如果VPI字段用于携带序列号，则VPI字段的MSB携带VPI值且剩余位携带序列号。在本实施方案中，预定位数的优选值是4。因此可以理解，优选地使用VCI字段而不是VPI字段来携带序列号。这样是实际的，除非数据包相对较短并且可被分成每一个能够使用4位序列号唯一识别的单元。另外，如本领域技术人员所理解的那样，也可采用上述方式的组合。决定序列号被置于何处的决定通常在连接装置处进行并且通过信令或手工配置传送。可选地，它可由已知的标准来最终指定。
在一可选实施方案中，VPI/VCI字段被灵活或动态地划分。也就是说，VPI/VCI字段与VPI掩码和VCI掩码字段相关。每个VC以两组掩码(即，VPI掩码和VCI掩码)配置或信号发送。掩码的长度按照分配给序列号的位数进行确定。例如，如果序列号是8位宽，那么掩码也是8位宽。在交换结构中的中间交换装置利用该掩码为路由机制隐藏序列号。因此入口单元按照在VPI字段和VCI字段中的未屏蔽数据(而不是整个VPI字段或VCI字段)被路由。例如，VC配置有8位VCI掩码用于屏蔽VCI字段的8位LSB。中间交换装置仅检查VCI字段的8位MSB而不是整个16位。相似地，VPI掩码用于屏蔽VPI字段。每个VC的两个端点使用在VPI/VCI字段中的屏蔽的和未屏蔽的位来组织和路由数据。如本领域技术人员所理解的那样，可以发现上述内容的多种组合是有用的。
在还有的一个可选实施方案中，系统不是使用序列号来保持顺序，而是以预定的间隔在每个VC中插入标记单元(marker cell)。因此，通过计算标记单元被接收的频率，端点就可确定组中的每个VC的传输率。然后端点可根据其传输率从每个VC取出单元。例如，如果确定第一VC的传输率是第二VC的两倍，那么对于每个从第二VC取出的单元有两个单元可从第一VC取出。取出的单元然后被组合形成逻辑VC。另外，通过采用线性插值法或其它本领域技术人员公知的方法，标记单元也可用于校验组合过程的校正。
本发明为用户提供几个优点。第一个优点是用户拥有多个VC而不是单独一个VC。这样使得用户能简单地通过将附加的VC捆绑到当先指定的一个VC而获得更大带宽。这包括在现有的DSL链路增加VC以及为携带更多VC进一步增加DSL链路。结果，用户就能够避免卸下现有的VC而安装新的、更大的VC所需的停机时间。
第二个优点是用户为了可靠性的目的可能想要通过网络对两个VC进行路由。也就是说，一个VC的失效导致使用另一个VC。即使不能获得全速率服务，但至少对用户来说还是能获得最小服务，这对本领域技术人员来说是可以理解的。例如，如果一个DSL线路失效，那么被这条DSL线路传输的VC则不能使用。但是，剩余DSL线路上的VC却是可用的，从而使通信链路得以维持。
虽然上面的描述指的是通过多个DSL链路传输多个VC，但也可能通过单个DSL链路传输多个VC。这个实施方案不能获得上述优选实施方案的全部有益效果。例如，如果DSL链路被切断，则将不会有可选择的路径，因为所有VC经过相同链路传输。另外，可用带宽受到单一DSL链路的限制。但是，该系统仍然受益于多个VC在交换结构中的独立路由。因此，如果交换结构中存在问题，至少一个VC能够保持完好是可能的。
但是应当指出，上面描述的方法是对于通常更多忍受的延迟的数据服务的较好的优化。在本实施例中，延迟是由对出口点处的两个连续的单元的缓冲引起的。UBR、UBR+、VBR nrt和GFR标准是本文描述的系统的好的候选。但是仅当延迟可接受时GBR和VBRrt连接才能使用该系统。
虽然本发明参照某些特定的实施方案进行描述，但是其许多变化对本领域技术人员来说是显而易见的，这些变化没有脱离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。

Claims (25)

1.一种用于与数字用户回路(DSL)通信系统一起使用的多路复用系统，所述数字用户回路(DSL)通信系统包括至少一个DSL链路和交换结构，所述多路复用系统包括：
a)第一端点，其用于接收数据单元流并将所述数据单元多路复用在多个虚拟电路(VC)上，所述多个虚拟电路的每一个都能够独立地被路由经过所述交换结构；以及
b)第二端点，其用于经由所述DSL通信系统接收和多路分离来自所述多个虚拟电路的所述数据单元，所述第二端点用于在接收到所述数据单元后对其进行组织，并将经过组织的所述数据单元输出到输出数据流中。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被多路复用后的所述数据单元的每一个包括用于标识与预定单元的偏移量的序列号，并且所述第二端点在接收到所述数据单元后，根据所述数据单元各自的序列号将所述数据单元组织起来。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一端点还包括用于对所述数据单元进行多路复用的调度器。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述调度器根据所述多个VC的每一个上的可用带宽将所述数据单元分配给所述多个VC。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述调度器根据所述多个VC的每一个上的峰值单元速率将所述数据单元分配给所述多个VC。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述序列号被嵌入到各个所述数据单元的有效负荷中。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述序列号占用所述有效负荷的预定部分。
8.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述序列号被嵌入到各个所述数据单元的虚拟信道标识符(VCI)的预定部分中。
9.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述序列号被嵌入到各个所述数据单元的虚拟路径标识符(VPI)的预定部分中。
10.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述序列号被动态地嵌入到各个所述数据单元的VPI和VCI的至少一个中，并且在路由所述数据单元时，相应的掩码信号被提供用于使所述交换结构内的中间交换机能够忽略所述序列号。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第二端点利用所述掩码信号对所述序列号进行识别。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，仅有一个DSL链路耦合所述第一和第二端点，并且所述多个VC被承载于所述DSL链路上。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，多个DSL链路耦合所述第一和第二端点。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述多个VC被承载于所述多个DSL链路的每一个上。
15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，各个单独的VC被承载于所述多个DSL链路的每一个上。
16.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一端点进一步包括用于对所述数据单元多路复用的调度器，并且所述第二端点进一步包括：
a)传输速率探测器，用于探测所述多个VC的每一个的传输速率；及
b)调度器，用于根据相关的被探测到的传输速率对所述多个VC的每一个进行多路分离。
17.一种在数字用户环路(DSL)通信系统上多路复用数据的方法，所述用户环路(DSL)通信系统包括至少一个DSL链路以及交换结构，所述方法包括如下步骤：
将所述数据组织在单元中；
经由多个虚拟电路(VC)分发所述单元；
经由所述多个VC的每一个将所述单元传输到目的地，所述多个VC的每一个通过所述交换结构被独立地交换；
在所述目的地重组所述单元，以恢复所述数据；以及
以大于所述多个VC的任意一个的速率的速率输出所述数据。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括：
在将所述单元传输至所述目的地之前，在各个所述单元内插入序列号。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述重组所述单元的步骤包括根据各个所述单元各自的序列号对所述单元进行组织的步骤。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述序列号包含在各个所述单元的首标内。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述序列号包含在所述首标的虚拟路径标识符字段中。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述序列号包含在所述首标的虚拟信道标识符字段中。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述序列号包含在各个所述单元的有效负荷中。
24.如权利要求17所述的方法，进一步包括：
在所述多个VC的每一个内以预定的间隔插入标记单元，以使得所述多个VC的每一个的传输速率能够在所述目的地被确定。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述重组所述单元的步骤包括根据所述多个VC的每一个的各自的传输速率对所述单元进行组织的步骤。
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