CN1681253A - 设备内部的通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设备内部的通信系统及方法，该系统包括：至少一个业务模块，用于为所述设备提供业务功能；主控模块，用于完成所述设备与外部网管终端及业务模块的通信；内部通信控制装置，通过时分多路复用业务总线耦合到业务模块，通过通信网络耦合到主控模块，用于控制完成主控模块与所述业务模块之间、以及各业务模块之间的通信。基于该系统的设备内部的通信方法为：将时分多路复用业务总线的未用字节作为内部通信通道并设定所述时分多路复用业务总线的格式；由内部通信控制装置通过时分多路复用业务总线控制主控模块和业务模块、以及业务模块之间完成消息的发送和接收。利用本发明，可以简化背板总线的设计，提高系统内部通信的可靠性。

Description

设备内部的通信系统及方法

技术领域

本发明涉及通信设备技术领域，具体涉及一种设备内部的通信系统及方法。

背景技术

在电信设备中，为了完成OAM(操作、管理和维护)功能，需要计算机终端(网管终端)与设备之间实现通信。通常设备内部都有中央控制单板(即主控模块)，它的主要功能就是完成设备同网管终端的通信。同时，主控模块还实现同设备内各单板的内部通信，把相应的信息下发到各单板，并从各单板获取信息。按照拓扑结构的不同，通常存在点到多点和多点到多点两种内部通信方式，分别如图1和图2所示。

点到多点的通信方式的主要特点是数据信息流可以从一点同时或分时传送到多点，使多点同时或分时获得同一信息，也可以从多点分时将不同的信息流传送到一点。在TDM(时分多路复用)通信设备中点到多点的内部通信方式主要采用邮箱技术。

邮箱通信技术的原理是在主控与单板间设置一个双口RAM(简称DPRAM)，主控模块和各单板通过访问DPRAM实现通信。其结构如图3所示：

通常邮箱(即DPRAM)放置在各业务模块上，是各Slave CPU(从属CPU)的一个外部数据存储器。从Master CPU(主CPU)一侧来看，各业务模块的邮箱也是一个外部数据存储器，其地址空间是多个连续的多个邮箱的组合。其通信过程如下：主控需要下发数据时，首先查询目的单板DPRAM状态，若状态为允许写入，主控就下发数据到单板邮箱，并置邮箱单板侧寄存器中断有效，单板中断响应后读邮箱数据；若状态为不允许写入，则主控就等待并执行其它操作。单板上传数据时，同样需要查询邮箱状态，若允许写，则写数据到邮箱，并设置主控侧中断寄存器地址，最后主控轮询到中断信息后响应中断，从邮箱读出数据。

这种邮箱通信技术只能实现单板到主控模块的直接通信，各单板之间不能直接通信。即只能实现点到多点的通信，不能实现多点到多点的通信。而且，由于各单板邮箱主控侧的地址和数据总线往往很多(一般地址16位，数据8位)，因此为了减少背板总线的数量，各单板邮箱的总线往往挂在一起，由于电气特性的限制，单板数量不能太多。同时，个别单板的故障会影响其它单板的通信，即总线“吊死”。考虑到单板成本和面积的限制，邮箱也很难实现双总线备份。

目前，多点到多点的通信方式主要采用RS485总线技术。RS485总线作为串口通信的一种电气特性标准，适用于多个站间的长距离高速通信。它具有平衡差分接口、能支持多点对多点之间的相互通信、可驱动32个负载、支持全双工和半双工通讯(由所选用的器件决定)、使用双绞线传输数据，具有较强的抗干扰能力等特点。通常其拓扑结构如图4所示。

RS485总线规范使用HDLC(高速数据链路控制)作为其链路层协议。图中TXD是发送数据端，RXD是接收数据端，CTS是冲突检测端。RS-485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信：在发送端TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。所有挂在RS485总线上的单板均能通过RXD端接收到总线上的数据，HDLC控制器通过HDLC地址来判断该数据是否是发给本板的。所有单板均能平等地争抢总线，各HDLC控制器检测到总线空闲就可以发送数据，通过比较CTS和TXD上的数据判断是否出现总线冲突的情况，若本次发送有总线冲突则终止本次发送，等待下一次总线空闲时再发送。

采用RS485总线技术虽然较好地解决了多点到多点的通信问题，但由于不同的单板共用相同的总线，因此总线上的单点故障可能会影响其它终端的通信，即总线“吊死”，而且网络的拓扑结构会对通信速率产生较大的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备内部的通信系统及方法，以简化背板总线的设计，提高系统内部通信的可靠性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种设备内部的通信系统，包括：

至少一个业务模块，用于为所述设备提供业务功能；

主控模块，用于完成所述设备与外部网管终端及所述业务模块的通信；

内部通信控制装置，通过时分多路复用业务总线耦合到所述业务模块，通过通信网络耦合到所述主控模块，用于控制完成所述主控模块与所述业务模块之间、以及各业务模块之间的通信。

所述通信网络包括：时分多路复用业务总线、RS485总线、CPU总线。

所述时分多路复用业务总线的空闲字节作为系统内部通信的物理通道。

所述时分多路复用业务总线包括：LVDS(低压差分信号)总线。

所述内部通信控制装置包括：

通信调度装置，用于接收所述业务模块和所述主控模块发送的信息；

业务交叉装置，通过时分多路复用业务总线耦合到所述通信调度装置，用于从所述通信调度装置接收的信息中获取交换数据，完成所述业务模块和所述主控模块之间、以及各业务模块之间的通信。

所述系统还包括；内部通信控制备用装置，通过时分多路复用业务备用总线耦合到所述业务模块；通过通信备用网络耦合到所述主控模块，用于所述内部通信控制装置的备份。

本发明还提供了一种设备内部的通信方法，包括；

A、将所述时分多路复用业务总线的未用字节作为内部通信通道并设定所述时分多路复用业务总线的格式；

B、由所述内部通信控制装置通过所述时分多路复用业务总线控制所述主控模块和所述业务模块、以及所述业务模块之间完成消息的发送和接收。

所述内部通道的链路层采用HDLC(高速数据链路控制)协议。

所述步骤B包括：

当所述主控模块需要发送消息到所述业务模块时：

所述内部通信控制装置通过所述通信网络获取所述主控模块发送的消息；

将所述获取的主控模块发送的消息广播到所述内部通信通道上；

所述业务模块根据所述内部通信通道上的信息接收所述主控模块发送的消息。

当所述业务模块需要发送消息到所述主控模块时：

所述内部通信控制装置通过所述时分多路复用业务总线获取所述业务模块发送的消息；

将所述获取的业务模块发送的消息通过所述通信网络传送给所述主控模块。

所述步骤B还包括：

当所述业务模块需要发送消息到其他所述业务模块时：

所述内部通信控制装置通过所述时分多路复用业务总线获取所述业务模块发送的消息；

将所述获取的业务模块发送的消息广播到所述内部通信通道上；

所述其他业务模块根据所述内部通信通道上的信息接收所述业务模块发送的消息。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明充分利用了系统内部业务总线的空闲字节，将它作为系统内部通信的物理通道，减少了额外的内部通信总线，有效地解决了现有技术中总线“吊死”的问题；而且利用系统内部业务总线的双总线备份功能，在不增加成本的情况下实现内部通信通道的双总线备份，进一步保证了内部通信的可靠性。

附图说明

图1是点到多点通信方式网络拓扑结构示意图；

图2是多点到多点通信方式网络拓扑结构示意图；

图3是现有技术中邮箱通信原理图；

图4是现有技术中利用RS485总线实现多点对多点通信的电路图；

图5是SDH帧结构；

图6是本发明中业务总线的格式；

图7是本发明设备内部的通信系统的结构示意图；

图8是图7所示本发明设备内部的通信系统的一种实施例结构；

图9是图7所示本发明设备内部的通信系统的另一种实施例结构。

具体实施方式

本发明的核心在于充分利用TDM(时分多路复用)业务总线的未用字节，将其作为设备内部的通信通道，以简化备板总线的设计，通过内部通信控制装置完成主控模块与各业务模块之间的通信，并且通过内部通信控制装置的主备用设计，提高内部通信的可靠性。

在SDH/SONET系统中，常用的是622MbpsLVDS高速差分业务总线。业务总线上SDH的帧结构如图5所示。每行的前9个字节(前9列)，共81字节中放置了段开销(SOH)和管理单元指针(AU PTR)；每行的后261个字节构成了信息净负荷区(Payload)，其中有9字节为通道开销(POH)。由图5可见，利用业务总线上的未用字节可以承载业务模块及主控模块所需传送的交换信息，完成设备内部的通信。例如，在SDH系统中常用的是622Mbps的LVDS高速差分总线，为此设定的业务总线格式如图6所示。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参照图7所示的本发明设备内部的通信系统的结构示意图：

本发明系统包括：业务模块1至业务模块n、主控模块71和内部通信控制装置70。其中，业务模块1至业务模块n用于为设备提供业务功能；主控模块71用于完成设备与外部网管终端及业务模块1至业务模块n的通信；内部通信控制装置70通过时分多路复用业务总线R1/T1耦合到业务模块1，依此类推，通过时分多路复用业务总线Rn/Tn耦合到业务模块n，通过通信网络耦合到主控模块71，用于控制主控模块71完成与各业务模块之间的通信。其中所述通信网络可以采用：时分多路复用业务总线，也可以采用RS485总线、CPU总线等。

内部通信控制装置70包括：通信调度装置702和业务交叉装置701。其中，通信调度装置702用于接收各业务模块和主控模块发送的信息；业务交叉装置701通过时分多路复用业务总线Sr/St耦合到通信调度装置702，用于从通信调度装置702接收的信息中获取交换数据，完成各业务模块和主控模块71之间的通信。

本发明利用Rn/Tn中的空闲字节作为系统内部通信的物理通道，各业务模块的总线格式相同。图7中St为通信调度装置702到业务交叉装置701的总线。Sr为业务交叉装置701到通信调度装置702的总线。Sr/St的物理特性与Rn/Tn的物理特性相同，都是利用标准的SDH帧结构作为其总线格式。系统采用622Mbps的LVDS高速差分总线，最多有95个业务模块时，Rn/Tn的总线格式如图6所示：

对于Tn/Rn/St来说，其中带“★”号和带“☆”号的部分可作为内部通信的物理通道，因此该系统内部通信物理通道的最高速率为14.784Mbps，完全满足系统内部通信的要求。这里仅用带“☆”号的部分的88个字节作为Tn/Rn/St内部通信通道。

图中，带“□”号和带“■”号部分对Tn/Rn来说为业务通道；St则未定义该部分的意义；Sr利用带“□”号部分作为内部通信通道，  带“■”号部分在Sr中未使用。其中，带“□”号部分共1045列，可分成95个内部通信通道，每个通道11列(88个字节)。其中第一个通道(即带“□”号部分的前11列)承载业务模块1到通信调度装置701的信息，依此类推最后11列可承载业务模块95到通信调度装置701的信息，因此，在本实施例中最多可配置95个业务模块。

业务交叉装置702完成各业务模块和通信调度装置701之间的内部通信通道的交换：在业务模块n到通信调度装置701的方向上，业务交叉装置702将Tn总线上的带“☆”号部分信息交换到Sr总线的带“□”号部分的相应通道中。例如：将T1总线上的带“☆”号部分的88字节交换到Sr总线带“□”号部分的第1组的11列(前11列)中；将T2总线的带“☆”号部分的88字节交换到Sr总线带“□”号部分的第2组的11列中；依此类推。在通信调度装置701到业务模块n的方向上，业务交叉装置702将St的带“☆”号部分广播到Rn的带“☆”号部分即可。业务交叉装置702的信道交换是静态配置的，一旦完成配置，在整个工作过程中，都将按照这种配置信息工作。

Sr、St、Tn、Rn中的内部通信通道的链路层协议采用HDLC(高级数据链路控制)协议。数据链路层的任务是在两个相邻节点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据，每一帧包括数据和必要的控制信息。HDLC的帧结构如下表1所示：

表1：

F标志(01111110)

A地址(8bit)

C控制(8bit)

I信息(长度＞0)

FCS校验(16/32bit)

F标志(01111110)

HDLC规定了一个帧的开头(即首部中的第一个字节)和结尾(即尾部中的最后一个字节)各放入一个特殊的标记，作为一个帧的边界，即标志字段F。标志字段F为6个连续1加上两边各一个0共8位。地址字段A也是8个比特，在此作为每个业务模块的唯一地址标识。

当图7中的通信网络采用TDM业务总线时，其系统结构可以描述为图8所示：主控模块71通过TDM业务总线直接与业务交叉装置701相连，该TDM业务总线格式同各业务模块的总线格式相同，这样业务交叉装置701就可以采用同处理各业务模块相同的方式处理主控模块71发送的数据。

当图7中的通信网络采用其它串行总线时，比如，采用标准的RS232、RS485串行总线，其系统结构可以描述为图9所示：主控模块71通过标准串行总线直接与通信调度装置702相连。

为了提高设备内部通信的可靠性，本发明还对内部通信控制装置70进行了备份设计，通过增加与内部通信控制装置70相同结构的内部通信控制备用装置72，进行内部通信控制的主备切换。内部通信控制备用装置72与各业务模块及主控模块的连接方式与内部通信控制装置70与各业务模块及主控模块的连接方式相同，在此不再详细描述。

由以上的描述可以看出，本发明设备内部的通信系统中各业务模块和主控模块之间都是通过独立的总线进行通信，因此互不影响。比如，业务模块1和主控模块之间的线路短路，不会影响其他业务模块与主控模块之间的通信。这样，有效地解决了现有技术中所有的通信单元实际上挂在一条总线上，因一个单板故障而造成的总线“吊死”问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面参照图7所示系统对本发明方法作进一步的详细说明。

首先，将时分多路复用业务总线的未用字节作为内部通信通道并设定该业务总线的格式，总线格式可参照图6所示。然后，由内部通信控制装置70通过设定格式的时分多路复用业务总线控制主控模块71和各业务模块完成消息的发送和接收。

下面参照图7所示的本发明系统详细描述本发明方法中主控模块和业务模块之间的通信过程。

当主控模块需要发送消息到业务模块时：

(1)主控模块通过通信网络发送数据传送请求信息到通信调度装置；

(2)通信调度装置检查内部缓冲区是否空闲；如果空闲，则通过通信网络回送确认发送信息给主控模块；如果不空闲，则通过通信网络回送内部通信通道忙信息给主控模块；

(3)主控模块接收通信调度装置回送的消息；如果主控模块收到通信调度装置的内部通信通道忙信息，则延迟预定时间后继续尝试通过通信网络发送数据传送请求信息到通信调度装置；如果主控模块收到通信调度装置的确认发送信息，则通过通信网络传送信息到通信调度装置的缓冲区；

(4)通信调度装置将内部缓冲区的信息调度到总线St上；然后由业务交叉装置根据内部通信通道的配置信息将总线St上的主控模块发送的信息广播到各业务模块的接收总线R1至Rn的内部通信通道上；

(5)各业务模块收到接收总线上的信息后，根据信息中的地址字段A判断是否发给本单板的。如果是，则接收，如果不是，则抛弃。

当业务模块需要发送消息到主控模块时：

(1)各业务模块分别通过各自的发送总线T1至Tn的内部通信通道发送数据传送请求到业务交叉装置；

(2)业务交叉装置根据内部通信通道的配置信息将接收到的数据传送请求交换到总线Sr的对应内部通信通道上；

(3)通信调度装置通过总线Sr接收各业务模块的数据传送请求，在同一时间，可能会收到多个业务模块的数据传送请求；通信调度装置将根据预定的信息优先级和当前状态，选择一个数据传送请求通过总线St传送给业务交叉装置，即实现对内部通信的调度。

(4)业务交叉装置将收到的请求信息广播到各业务模块的接收总线R1至Rn的内部通信通道上；

(5)获得数据发送权的业务模块将数据发送到业务交叉装置，业务交叉装置将其通过总线Sr传送到通信调度装置，通信调度装置再将其通过通信网络传送给主控模块，即完成了业务模块发送消息到主控模块的过程。

对于图7中的内部通信控制装置70的备份内部通信控制备用装置72，由其通过相同设定格式的时分多路复用备用业务总线控制主控模块71和各业务模块完成消息的发送和接收的过程与上面所述相同，在此不再详细描述。

图9作为图7所示的本发明系统的一种特例，其主控模块71通过标准串行总线直接与通信调度装置702相连，主控模块和业务模块之间的通信过程与上面所述类似，具体描述如下：

当主控模块需要发送消息到业务模块时：

(1)主控模块通过标准串行总线发送数据传送请求信息到业务交叉装置；

(2)业务交叉装置检查内部缓冲区是否空闲；如果空闲，则通过标准串行总线回送确认发送信息给主控模块；如果不空闲，则通过标准串行总线回送内部通信通道忙信息给主控模块；

(3)主控模块接收业务交叉装置回送的消息；如果主控模块收到业务交叉装置的串行总线忙信息，则延迟预定时间后继续尝试通过标准串行总线发送数据传送请求信息到业务交叉装置；如果主控模块收到业务交叉装置的确认发送信息，则通过标准串行总线传送信息到业务交叉装置的缓冲区；

(4)业务交叉装置根据内部通信通道的配置信息将缓冲区中的主控模块发送的信息广播到各业务模块的接收总线R1至Rn的内部通信通道上；

(5)各业务模块收到接收总线上的信息后，根据信息中的地址字段A判断是否发给本单板的。如果是，则接收，如果不是，则抛弃。

当业务模块需要发送消息到主控模块时：

(1)各业务模块分别通过各自的发送总线T1至Tn的内部通信通道发送数据传送请求到业务交叉装置；

(2)业务交叉装置根据内部通信通道的配置信息将接收到的数据传送请求交换到总线Sr的对应内部通信通道上；

(3)通信调度装置通过总线Sr接收各业务模块的数据传送请求，在同一时间，可能会收到多个业务模块的数据传送请求；通信调度装置将根据预定的信息优先级和当前状态，选择一个数据传送请求通过总线St传送给业务交叉装置，即实现对内部通信的调度。

(4)业务交叉装置将收到的请求信息广播到各业务模块的接收总线R1至Rn的内部通信通道上；

(5)获得数据发送权的业务模块将数据发送到业务交叉装置，业务交叉装置将其通过标准串行总线传送给主控模块，即完成了业务模块发送消息到主控模块的过程。

虽然在本发明的实施例中，采用了在SDH系统中常用的622Mbps的LVDS高速差分总线，本技术领域人员应该知道，本发明同样适用于TDM方式的任何设备，并且通过设定业务总线的格式，可以适应不同速率的业务总线。

同样，在本发明的实施例中，虽然描述的是业务模块和主控模块之间的通信过程。稍加变化，即可完成各业务模块之间的直接通信，而不经过主控模块。

例如，业务模块1到业务模块n的通信过程如下：

(1)业务模块1通过发送总线T1的内部通信通道发送数据传送请求到业务交叉装置；

(2)业务交叉装置根据内部通信通道的配置信息将接收到的数据传送请求交换到总线Sr的对应内部通信通道上；

(3)通信调度装置通过总线Sr接收业务模块1的数据传送请求，在同一时间，可能会收到多个业务模块的数据传送请求；通信调度装置将根据预定的信息优先级和当前状态，选择一个数据传送请求通过总线St传送给业务交叉装置，即实现对内部通信的调度。

(4)业务交叉装置将收到的请求信息广播到各业务模块的接收总线R1至Rn的内部通信通道上；

(5)获得数据发送权的业务模块(假设业务模块1获得数据发送权)将数据发送到业务交叉装置，业务交叉装置将其广播到各业务单板的接收总线R1至Rn的内部通信通道上；

(6)各业务模块收到接收总线上的信息后，根据信息中的地址字段A判断是否发给本模块的。如果是，则接收，如果不是，则抛弃。此时，业务模块n将接收到信息，而其它单板则抛弃收到的信息。

这样，即完成了业务模块1到业务模块n的通信。

业务模块n到业务模块1的通信过程、以及其他各业务模块之间的通信过程与上述过程相同，在此不再详细描述。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1、一种设备内部的通信系统，其特征在于，所述系统包括：

至少一个业务模块，用于为所述设备提供业务功能；

主控模块，用于完成所述设备与外部网管终端及所述业务模块的通信；

内部通信控制装置，通过时分多路复用业务总线耦合到所述业务模块，通过通信网络耦合到所述主控模块，用于控制完成所述主控模块与所述业务模块之间、以及各业务模块之间的通信。

2、如权利要求1所述的设备内部的通信系统，其特征在于，所述通信网络包括：时分多路复用业务总线、RS485总线、CPU总线。

3、如权利要求2所述的设备内部的通信系统，其特征在于，所述时分多路复用业务总线的空闲字节作为系统内部通信的物理通道。

4、如权利要求2所述的设备内部的通信系统，其特征在于，所述时分多路复用业务总线包括：LVDS(低压差分信号)总线。

5、如权利要求1或3所述的设备内部的通信系统，其特征在于，所述内部通信控制装置包括：

通信调度装置，用于接收所述业务模块和所述主控模块发送的信息；

业务交叉装置，通过时分多路复用业务总线耦合到所述通信调度装置，用于从所述通信调度装置接收的信息中获取交换数据，完成所述业务模块和所述主控模块之间、以及各业务模块之间的通信。

6、如权利要求1所述的设备内部的通信系统，其特征在于，所述系统还包括：内部通信控制备用装置，通过时分多路复用业务备用总线耦合到所述业务模块；通过通信备用网络耦合到所述主控模块，用于所述内部通信控制装置的备份。

7、一种基于权利要求1所述系统的设备内部的通信方法，其特征在于，所述方法包括：

A、将所述时分多路复用业务总线的未用字节作为内部通信通道并设定所述时分多路复用业务总线的格式；

B、由所述内部通信控制装置通过所述时分多路复用业务总线控制所述主控模块和所述业务模块、以及所述业务模块之间完成消息的发送和接收。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述内部通道的链路层采用HDLC(高速数据链路控制)协议。

9、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：

当所述主控模块需要发送消息到所述业务模块时：

所述内部通信控制装置通过所述通信网络获取所述主控模块发送的消息；

将所述获取的主控模块发送的消息广播到所述内部通信通道上；

所述业务模块根据所述内部通信通道上的信息接收所述主控模块发送的消息。

当所述业务模块需要发送消息到所述主控模块时：

所述内部通信控制装置通过所述时分多路复用业务总线获取所述业务模块发送的消息；

将所述获取的业务模块发送的消息通过所述通信网络传送给所述主控模块。

10、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

当所述业务模块需要发送消息到其他所述业务模块时：

所述内部通信控制装置通过所述时分多路复用业务总线获取所述业务模块发送的消息；

将所述获取的业务模块发送的消息广播到所述内部通信通道上；

所述其他业务模块根据所述内部通信通道上的信息接收所述业务模块发送的消息。

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