CN1750443B - 在时分复用通信网络中具有复合以太网帧发生器的交换机 - Google Patents

在时分复用通信网络中具有复合以太网帧发生器的交换机 Download PDF

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Abstract

一种用于时分复用通信网络的交换机(SW)，包括线路板(LBi)，每个线路板都具有连接到TDM链路(TL)的交换接口(SI)，这些线路板(LBi)用于对选定类型的TDM帧进行交换，这些TDM帧包括时分复用的时隙，并且每个时隙都与一个TDM传输信道相关联。每个交换接口(SI)都包括处理装置(PM)，其用于将TDM帧中包含的时隙进行分组，这些TDM帧是在至少一个其TDM链路(TL)上接收到的并包括对相同目的地端口的指定，然后在专用于“有效载荷”数据的一部分选定位置处将这些时隙结合到一个复合以太网帧中并发往其目的地端口。该交换机包括连接到不同线路板(LBi)的以太网帧交换装置(ES)，其用于根据复合以太网帧的相应目的地端口来将这些帧交换到线路板(LBi)。

Description

在时分复用通信网络中具有复合以太网帧发生器的交换机
技术领域
本发明涉及时分复用(TDM)通信网络，并且更特别地涉及在这种网络中对TDM信道进行交换，而不管这些信道在传输什么。
背景技术
正如本领域的普通技术人员所知，在TDM网络中，待发送的语音(或数据包)是结合在例如“E1”类型的TDM帧中的，这些TDM帧包括时分复用的时隙，每个时隙对应于一个TDM逻辑信道。
为到达TDM信道的目的地，通常在网络的特定交换机的时间交换矩阵(称为TDM交换机或时隙指定器)中对这些TDM信道进行交换。
一种交换选择是采用第2层的包交换机来对TDM信道进行交换。至少已经提出了两个这样的解决方案。
这些解决方案中的第一个解决方案特别是在IETF(因特网工程任务组)工作组PWE3(边缘到边缘伪线仿真)的文献中进行了描述，并且该解决方案包括通过对以太网TDM聚集或电路进行仿真来传输信道的聚集而不是单个信道(例如n×64kbit/s的信道，n＞1)。该解决方案的缺点是其不能保证在交换机中的传送时间。此外，其拟用于传输聚集而不是用于对TDM信道进行交换，并因此而不用于对呼叫进行交换。
上述解决方案中的第二个解决方案由阿尔卡特提出并结合到其E10固定电话交换的某些交换中，并且该解决方案包括在ATM复合信元中封装TDM帧。该解决方案的缺点是其不允许数据信元或数据包在长度上变化。此外，由于该解决方案基于ATM交叉连接单元(交换机)，因此其不能用于以太网交换机。
发明内容
本发明的一个目的是改善现有技术的解决方案都不能令人完全满意的状况，并且特别是提供基本上有保证的数据包传送时间，并且如果可能的话，提供较短的数据包传送时间。
为此目的，本发明提出一种用于时分复用通信网络的交换机，该交换机包括具有适于连接到至少一条TDM链路的交换接口的至少一个线路板，其用于对例如E1或T1或甚至J1之类的选定类型的TDM帧进行交换，这些TDM帧包括时分复用的时隙，并且每个时隙都与一个TDM传输信道相关联。
这种交换机的特征在于以下事实，首先，每个交换接口都包括处理装置，其用于将TDM帧中包含的时隙(或TDM信道)进行分组，这些TDM帧是在至少一个其TDM链路上接收到的并包括对相同目的地端口的指定，然后在专用于“有效载荷”数据的一部分选定位置处将这些时隙结合到一个复合以太网帧中并发往其目的地端口；其次，该交换机包括连接到每个线路板的以太网帧交换装置，其用于根据复合以太网帧的相应目的地端口来将这些复合以太网帧交换到至少一个线路板LBi。
换句话说，本发明提出采用第2层的以太网交换机来对TDM信道进行交换。
根据本发明的另一特征，当接收到复合以太网帧时，处理装置提取该复合以太网帧包含在其有效载荷数据部分中的时隙，保留这些时隙的相应位置，然后根据所提取时隙的相应位置来确定这些时隙在TDM帧中的真实的(或原始的)位置，并根据这些时隙及其真实位置来重构TDM帧。
本发明的交换机可以具有其他特征，并且特别的是可以单独地或以组合形式具有这些特征：
-存储器，用于存储时隙、其在复合以太网帧中的位置以及其在TDM帧中的真实位置之间的对应关系表。在这种环境下，处理装置访问存储器以确定将结合到复合以太网帧中的所提取时隙的位置，并确定从接收到的复合以太网帧中提取的时隙的真实位置。每个交换接口都优选地包括存储该关系表的存储器，其优选地由控制装置提供；
-其处理装置可以适于将传输优先权级别与至少一些复合以太网帧相关联，以便以太网帧交换装置以根据复合以太网帧的相应优先权级别的时间顺序将其接收到的复合以太网帧发送到有关的线路板；
-如果其处理装置适于对非复合以太网帧进行交换，则该处理装置可以为复合以太网帧指定高于与其他帧相关联的优先权的优先权，以保证复合以太网帧的传送时间最小；
-其处理装置可以构造固定长度或可变长度的复合以太网帧；
·在可变长度的情况下，在与复合以太网帧最后的激活时隙相关联的位置之后，例如，优选地，如果复合以太网帧的长度大于选定的字节数，则处理装置将该帧截短。作为替代，处理装置可以将代表复合以太网帧长度的复合以太网帧信息数据与该复合以太网帧包含的时隙的位置相关联。例如，在这种情况下，处理装置可以用标头的形式将信息数据结合到复合以太网帧的有效载荷数据部分中。此外，当接收到复合以太网帧时，处理装置可以根据所提取时隙的相应位置和信息数据来确定这些时隙的真实位置。
-其处理装置可以适于控制一种机制，其用于通过经由以太网交换装置分配时钟例如8kHz的时钟来使线路板彼此同步。例如，通过线路板的接收机(基于经由以太网帧交换装置发送或结合到复合以太网帧中和/或在非复合以太网帧中传输的同步信息，该接收机重构所发送的时钟)和/或通过线路板之间的专用链路(其不必通过帧交换装置)上广播定时，该机制可以执行定时恢复。
附图说明
通过阅读以下详细描述并研究附图，本发明的其他特征和优点将变得明显，其中：
图1是本发明的交换机的实施例的示图；
图2是示出根据本发明从TDM帧中生成复合以太网帧的示例的示图；以及
图3是安装在本发明的交换机中的线路板的实施例的示图。
附图构成本发明说明书的一部分，如果有必要，附图将有助于对本发明的定义。
具体实施方式
首先参考图1来描述拟用于在TDM通信网络中使用的本发明的交换机SW。
这类交换机SW包括至少一个线路板LBi，其连接到至少一个TDM链路TL，并且通常连接到多个这种链路，并且连接到公共以太网交换模块ES。在此处示出的非限定性示例中，交换机SW包括5个线路板LBi(i＝1～5)，但其可以具有任何其他数目的线路板(其必须具有支持一个或多个TDM链路的至少两个板或支持至少两个TDM链路的至少一个板)。
每个TDM链路TL都使得有关的线路板LBi可以与其他设备(可用于路由器或与另一交换机)交换选定类型的TDM帧，包括时分复用的时隙，每个时隙对应于一个TDM逻辑信道。
下文中将以非限定性示例的方式考虑E1类型的TDM帧，但这些TDM帧可以是某些其他类型的帧，例如T1或J1类型的帧。
例如，E1类型的TDM帧通常包括32个时隙，每个时隙与一个64kbit/s的信道相关联，并且每个时隙对应于一个字节。每125μs(其对应于8kHz的频率)发送一个E1类型的帧。一个T1类型的帧包括24个时隙，并且也是每125μs发送一个T1类型的帧。
每个线路板LBi包括至少一个交换接口SI，其用于经由下面出现的以太网交换模块ES将在一个TDM链路TL上接收到的每个TDM帧交换到由该帧包含的目的地端口的标识符指定的另一线路板LBi’。
根据本发明，每个交换接口SI包括一个处理装置PM，其用于将TDM帧中包含的时隙(或TDM信道)进行分组，这些TDM帧是在至少一个其TDM链路上接收到的并包括对相同目的地端口的指定，然后在有效载荷中的选定位置处将这些时隙结合到一个复合以太网帧中(即结合到同一数据包中)并发往其目的地端口。
因此，复合以太网帧包括全部属于125μs的相同时间周期并来自一个或多个TDM链路的时隙(或TDM信道)。图2示出根据本发明从来自不同链路的TDM帧中生成复合以太网帧的示例。在本例中，矩形TSj(j＝0～31)代表时隙，“MAC头”矩形代表MAC头字段，并且“Pk”矩形(在本例中，k＝1～13)代表目的地板(即其目的端口)的以太网地址。与图中以图表示出的内容相反，“目的地以太网地址”字段在以太网帧头(或“MAC头”)的实体部分中。
如图3所示，为根据TDM帧(此处是E1类型的帧)的目的地端口来对其进行分组，处理装置PM可以包括例如分为连接模块(或矩阵)XC和构造器/解构器模块BD的复合级CS，连接模块XC用于提取具有相同目的地端口的来自TDM帧的时隙(或TDM信道)并按顺序放置这些时隙，并且构造器/解构器模块BD用于按顺序根据所提取的时隙生成时隙流(或TDM信道)。
可以根据从TDM帧中提取的时隙在接收到的TDM帧中的顺序，以“直接”方式来对这些时隙进行排序。然而，这不是强制性的。例如，如果时隙(或TDM信道)并没有以这种直接方式排序，则可以通过访问存储器MY来对其进行排序，存储器MY存储了不同时隙(与不同的TDM逻辑信道相关联)、这些时隙在复合以太网帧中的选定位置和这些时隙在TDM帧中的实际位置之间的对应关系表。例如，每个处理装置PM都包括其自己的存储器MY，通过将所提取时隙的时隙(TS)数目与存储在表中的时隙数目进行比较，处理装置PM可以在125μs内扫描存储器MY。该存储器MY可以形成复合级CS的一部分，例如其连接模块XC的一部分。
每个线路板LBi都优选地包括连接到通信网络的板载控制器模块OBC，其用于将对应关系表提供给与该对应关系表相关联的交换接口SI的处理装置PM的存储器MY。例如，周期性地更新该表和/或在每次修改后更新该表。例如，OBC模块是用于物理地监控交换接口SI并且特别是用于惯例警报的微控制器。例如，该OBC模块由安装在交换机SW中的监控板监控。
此外，为将分组的时隙(或TDM信道)结合到复合以太网帧中，处理装置PM可以包括例如媒体访问控制(MAC)模块(或组件)MM，其连接到复合级CS，更准确地说是连接到其构造器/解构器模块BD。通过将所提取并排序的属于相同流的时隙结合到复合以太网帧的有效载荷字段中，该MAC模块产生复合以太网帧，这些帧由构造器/解构器模块BD提供并且其数目优选地从46到1500。
必须记住，例如VLAN标记帧之类的以太网帧通常包括由6个字节定义的目的地端口MAC字段、由6个字节定义的源端口MAC字段、由2个字节定义的标签协议标识符(TPID)字段、由2个字节定义的标签控制标信息(TCI)字段，并且特别地包括用户优先权(UP)子字段和VLAN标识符(VID)子字段、由2个字节定义的类型长度(TYPE LONG)字段、有效载荷字段以及由4个字节定义的帧校验和(FCS)字段。
由于这种将时隙插入有效载荷字段的方式，标准的以太网帧没有改变，并且构成处理装置PM的一部分的MAC模块(或组件)MM可以是标准类型的并且不需要调整。
每个复合以太网帧在其有效载荷字段中包括有序的一系列时隙(或TDM信道)，这些时隙由处理装置PM提供，然后传送到物理接口PI以便发送到以太网交换模块ES，以在其中交换到对应于在该复合以太网帧的目的地端口字段中指定的目的地端口的线路板LBi。
重要的是注意到，本发明可以生成固定长度或可变长度的复合以太网帧。
采用固定长度的复合以太网帧时，所有的复合以太网帧具有相同的长度。然后，在接收时，根据复合以太网帧的每个TDM信道(或时隙)在有效载荷字段中的位置来识别这些TDM信道(或时隙)，通过查询对应关系表来实现。这简化了复合以太网帧的生成和初始TDM帧的重构。然而，有效载荷字段的某些位置可以与不具有数据的时隙(称为“非激活”时隙)相关联，结果是所使用的一部分带宽不起作用。
可变长度的复合以太网帧拟用于纠正固定长度的复合以太网帧的缺点。然后，可以考虑处理装置PM，准确地说是其复合级CS的至少两个实施例。
在第一实施例中，在与每个复合以太网帧最后的激活时隙(“激活”的意思是其与数据相关联)相关联的位置之后，处理装置PM将每个复合以太网帧都截短。然后，优选地，仅在复合以太网帧的长度大于例如64字节之类的选定字节数之后应用这种截短。优选地由构造器/解构器模块BD来执行这种截短的。
在第二实施例中，处理装置PM将代表每个复合以太网帧长度(更准确地说是所传输的激活时隙的数目)的该帧的信息数据与该帧包含在其有效载荷字段中的激活时隙的位置相关联。例如，为此目的，处理装置PM，更准确地说是其复合级CS可以在复合以太网帧的有效载荷字段的选定位置处结合信息数据。例如，这可以采取占据有效载荷字段的第一位置的标头的形式。然后，在接收时，根据包含在有效载荷字段中的时隙(或TDM信道)的相应位置和包含在有效载荷字段的标头中的信息数据来重构这些TDM帧。
例如，在板载控制器模块OBC的请求下，处理装置PM，优选地是其复合级CS可以将传输优先权级别与至少某些复合以太网帧相关联。例如，根据IEEE 802.1p规范，如果优先权级别涉及到第2层，则可以在标签控制标识符(TCI)的用户优先权(UP)子字段中定义该优先权级别。当然，可以考虑其他类型的优先权。
当以太网交换模块ES接收到包含优先权级别的复合以太网帧时，其根据这些优先权级别来对这些帧进行分类，以便以由该分类定义的时间顺序一个接一个地将这些帧发送到有关的线路板LBi。
因此，对于包含最高优先权级别的复合以太网帧，可以保证在交换机SW中的传送时间基本上是常数并且小于或等于n×125μs，2≤n≤10。
如果处理装置PM对除复合以太网帧之外的以太网帧进行交换，则其可以为复合以太网帧指定高于与其他帧的优先权的优先权，以保证复合以太网帧的传送时间最小。
当复合以太网帧在其已经由以太网交换模块ES交换后到达线路板LBi’时，该帧由其处理装置PM获取。更准确地说，处理装置PM开始提取包含在复合以太网帧的有效载荷字段中的时隙，保留这些时隙的相应位置。然后，根据这些时隙在接收到的复合以太网帧中的的相应位置，例如通过查询对应关系表，处理装置PM确定其在TDM帧中的原始的(或真实的)位置。最后，处理装置PM根据所提取时隙及其真实位置来重构TDM帧。
例如，MAC模块MM从通过物理接口PI连续发送的复合以太网帧中提取有效载荷字段的字节，保留其相应顺序，之后复合级CS的构造器/解构器模块BD根据所提取的字节来构造字节流，仍然包括其原始顺序。为此目的，处理装置PM查询存储在存储器MY(如果存在的话)中的对应关系表，以便通过将所提取时隙的时隙(或字节)的TS数目与存储在表中的TS数目进行比较，在125μs内扫描存储器MY。
然后，根据接收到的流的字节的相应位置，复合级CS的连接模块XC将这些字节存储在TDM帧中。
处理装置PM还可以监控一种用于经由以太网交换模块ES来分配时钟例如8kHz的时钟的机制。这种机制使线路板LBi彼此同步。例如，通过线路板LBi的接收机，该机制可以执行定时恢复。更准确地说，根据通过以太网交换模块ES发送或结合到复合以太网帧中和/或在非复合以太网帧中传输的同步信息，该接收机重构所发送的时钟。作为替代或补充，该机制同样可以在线路板LBi之间的专用同步链路(该链路不必通过以太网交换模块ES)上广播定时。
根据本发明的交换机SW，特别是其处理装置PM可以采取电子电路、软件(或数据处理)模块或电路和软件的组合的形式。
由于本发明，复合以太网帧可以传输和交换例如64kbit/s的信道之类的TDM信道，而不会损失时间连续性(例如每125μs采样一次)，并在以太网交换模块(或交换机)中具有基本上恒定的传输时间(n×125μs，2≤n≤10)。这样就不需要在传输链中使用回声消除器，特别是从经济的观点来看，这尤其有利。
本发明不仅限于上面通过示例描述的交换机实施例，并且涵盖了本领域的普通技术人员能够考虑到的在以下权利要求范围内的全部变型。

Claims (17)

1.一种用于时分复用(TDM)通信网络的交换机(SW)，所述交换机(SW)包括具有适于连接到至少一条TDM链路的交换接口(SI)的至少一个线路板(LBi)，其用于对选定类型的TDM帧进行交换，这些TDM帧包括时分复用的时隙，并且每个时隙都与一个TDM传输信道相关联，所述交换机的特征在于，每个交换接口(SI)都包括处理装置(PM)，其适于：
将TDM帧中包含的时隙进行分组，这些TDM帧是在至少一个其TDM链路(TL)上接收到的并包括对相同目的地端口的指定；以及
在专用于有效载荷数据的选定位置处将这些时隙结合到一个复合以太网帧中并发往其目的地端口，并且所述交换机的特征在于所述交换机包括连接到每个线路板的以太网帧交换装置(ES)，其用于根据复合以太网帧的相应目的地端口来将这些帧交换到至少一个线路板(LBi)。
2.根据权利要求1所述的交换机，其特征在于，当接收到复合以太网帧时，所述处理装置(PM)适于：
提取所述复合以太网帧包含在其有效载荷数据部分中的时隙，保留这些时隙的相应位置；然后
根据所述所提取时隙的相应位置来确定这些时隙在所述TDM帧中的真实位置；并且
根据所述时隙及其真实位置来重构TDM帧。
3.根据权利要求1所述的交换机，其特征在于，所述交换机包括存储器(MY)，用于存储时隙、其在复合以太网帧中的位置以及其在TDM帧中的真实位置之间的对应关系表；并且
所述处理装置(PM)访问所述存储器(MY)以确定将结合到复合以太网帧中的所提取时隙的位置，并确定从接收到的复合以太网帧中提取的时隙的真实位置。
4.根据权利要求3所述的交换机，其特征在于，每个交换接口(SI)包括存储所述对应关系表的存储器(MY)。
5.根据权利要求4所述的交换机，其特征在于，每个线路板(LBi)包括控制装置(OBC)，其适于将所述对应关系表提供给相关联的交换接口(SI)的存储器(MY)。
6.根据权利要求1所述的交换机，其特征在于，所述处理装置(PM)适于将传输优先权级别与至少一些复合以太网帧相关联，以便所述以太网帧交换装置(ES)以根据复合以太网帧的相应优先权级别的时间顺序将其接收到的复合以太网帧发送到有关的线路板(LBi)。
7.根据权利要求6所述的交换机，其特征在于，所述处理装置(PM)适于对非复合以太网帧进行交换，并且适于为复合以太网帧指定高于与非复合以太网帧相关联的优先权的优先权，以保证所述复合以太网帧的传送时间最小。
8.根据权利要求1所述的交换机，其特征在于，所述处理装置(PM)适于构造固定长度的复合以太网帧。
9.根据权利要求1所述的交换机，其特征在于，所述处理装置(PM)适于构造可变长度的复合以太网帧。
10.根据权利要求9所述的交换机，其特征在于，所述处理装置(PM)适于在与复合以太网帧最后的激活时隙相关联的位置之后将所述复合以太网帧截短。
11.根据权利要求10所述的交换机，其特征在于，如果所述复合以太网帧的长度大于选定的字节数，则所述处理装置(PM)适于将所述复合以太网帧截短。
12.根据权利要求9所述的交换机，其特征在于，所述处理装置(PM)适于将代表所述复合以太网帧长度的复合以太网帧信息数据与所述复合以太网帧包含的时隙的位置相关联。
13.根据权利要求12所述的交换机，其特征在于，所述处理装置(PM)适于以标头的形式将所述信息数据结合到所述复合以太网帧的有效载荷数据部分中。
14.根据权利要求12所述的交换机，其特征在于，当接收到复合以太网帧时，所述处理装置(PM)适于根据所提取时隙的相应位置和所述信息数据来确定这些时隙的真实位置。
15.根据权利要求1所述的交换机，其特征在于，所述处理装置(PM)适于控制一种机制，其用于通过经由所述以太网交换装置(ES)分配时钟来使所述线路板(LBi)彼此同步。
16.根据权利要求15所述的交换机，其特征在于，所述处理装置(PM)适于通过所述线路板(LBi)的接收机来执行定时恢复。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的交换机，其特征在于，所述处理装置(PM)适于在所述线路板(LBi)之间的专用链路上广播定时。
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