CN200980088Y - 异步转移模式中的信元变换装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种ATM中的信元变换装置，包括：信元接收单元、信元头读取单元、控制单元、标志变换单元、信元头变换单元和信元发送单元；信元接收单元用于接收ATM信元；信元头读取单元用于读取ATM信元的VPI、VCI的值，并将VPI、VCI的读取值发送到标志变换单元，将ATM信元发送给信元头变换单元；所述控制单元用于对标志变换单元进行相关控制；标志变换单元用于将VPI、VCI的读取值变换为VPI、VCI的映射值，并将VPI、VCI的映射值发送到信元头变换单元；信元头变换单元用于将所述ATM信元的VPI、VCI的值变换为VPI、VCI的映射值；信元发送单元用于将变换头信息的ATM信元发送给APC。

Description

异步转移模式中的信元变换装置和系统
技术领域
本实用新型涉及异步转移模式(ATM，Asynchronous Transfer Mode)，中对信元进行处理的技术领域，尤其涉及一种ATM中的信元变换装置和系统。
背景技术
ATM是在分组交换技术上发展起来的快速分组交换技术，它采用统计时分复用技术，并且综合吸收了分组交换高效率和电路交换速度的优点，针对分组交换速率比较低的缺陷，利用电路交换几乎与协议处理无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，实现高速化传输。
ATM包括三个部分，即交换技术、可变速率编码技术和流量控制技术，其核心是交换技术，目前世界上对ATM的研究主要集中在交换技术上。在ATM的交换技术中，ATM端口控制器(APC)可处理来自多个接入应用源的多种数据流，并经打包后发送到宽带骨干网络。这些功能以前都是由ATM交换机完成的，现在通过APC芯片即可完成。
APC对来自ATM接口芯片的信元进行交换的过程包括：当来自ATM接口的信元进入APC时，APC读出信元的头信息，通过连接查找表从该信元的头信息中找到入口虚连接表的位置，并根据入口虚连接表中的索引域查找到出口虚连接表的位置，用出口虚连接表的内容替换该信元的头信息，并把重组后的信元送到出口，从而完成信元的ATM交换。
其中，APC查找入口虚连接表也称为APC入口连接查找，其查找方式为三级查找，对应的查找表(LUT)为LUT1、LUT2和LUT3。经过三级索引查找，最后查找到入口控制表(ICT，Ingress Control Table)和入口虚连接表(IVT，Ingress Virtual Connection Table)所存储的虚连接表信息。
图1为APC入口连接查找的示意图，该过程包括：
当信元通过某个子端口进入APC时，APC可以从该信元的头信息中读出该信元所归属的虚连接的虚路径标志(VPI，Virtual Path ID)和虚信道标志(VCI，Virtual Channel ID)值。APC以该信元进入的子端口的值作为索引，访问LUT1表，查找虚路径(VP，Virtual Path)基地址。然后，以查找到的VP基地址和在该信元的头信息中读出的VPI值作为索引，访问LUT2表，查找虚信道(VC，Virtual Channel)基地址。然后，以查找到的VC基地址和在该信元的头信息中读出的VCI值作为索引，访问LUT3表，查找入口虚连接表索引(Ingress VCX)。以查找到的VCX作为索引，查找到ICT和IVT表中的相关虚连接表条目。
APC芯片虽然最大可以支持65536条连接，但是它的入口三级查找方法使得在建立虚连接时，连接的入口VPI和VCI值受到很大限制。LUT1中存储的条目与使用的端口数量有关，可使用的端口的数量为0～MaxSubport。LUT2中存储的条目对应一个端口中包含的VPI的数量，VPI数量的取值范围为0～MaxVPI。LUT3中存储的条目对应一条VPI中包含的VCI的数量，VCI数量的取值范围为0～MaxVCI。其中，MaxSubport、MaxVPI和MaxVCI分别是可使用端口的最大数量、一个端口所包含VPI的最大数量和一条VPI中包含VCI的最大数量。
假设每个端口所能包含的MaxVPI值相同，且每个VPI中所能包含的MaxVCI值也相同，由APC的查找表组织方式和它允许的最大建链条数可以得出下面的公式：MaxSubport×MaxVPI×MaxVCI＜65536。
假设MaxSubport＝32，那么MaxVPI×MaxVCI＜2048。如果这时VPI的取值范围设置为0～255，则VCI的取值范围应该为0～7。
ATM协议关于ATM信元头的定义为：在用户网络接口(UNI，UserNetwork Interface)模式下VPI占用8bit宽度，VCI占用16bit宽度。在网络节点接口(NNI，Network Node Interface)模式下VPI占用12bit宽度，VCI占用16bit宽度。可以计算出ATM协议建议的VPI的最大使用范围为0～4095，VCI的最大使用范围为0～65535。
可以看出，当利用APC实现ATM交换时，其不足之处在于：
虽然ATM协议建议的VPI的最大使用范围可以达到0～4095，VCI的最大使用范围可以达到0～65535，但在实际应用中，APC入口对VPI和VCI的取值要求使得VPI和VCI的实际取值范围受到很大限制，从而大大影响了系统的灵活性，限制了应用。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型解决的技术问题是提供一种ATM中的信元变换装置和系统，以解决VPI和VCI的实际取值范围受到APC入口的限制，从而大大增加了系统的灵活性，扩展了应用。
为此，本实用新型提供的技术方案如下：
一种异步转移模式ATM中的信元变换装置，包括：信元接收单元、信元头读取单元、控制单元、标志变换单元、信元头变换单元和信元发送单元；
所述信元接收单元用于接收ATM信元，并将接收到的ATM信元发送给信元读取单元；
所述信元头读取单元用于在ATM信元头信息的特定位置读取虚路径标志VPI、虚信道标志VCI的值，并将VPI、VCI的读取值经过控制单元发送到标志变换单元，将ATM信元发送给信元头变换单元；
所述控制单元用于对标志变换单元进行相关控制；
所述标志变换单元用于根据控制单元发送的VPI和VCI的读取值，以及预先保存的映射关系，将VPI、VCI的读取值变换为VPI、VCI的映射值，并将VPI、VCI的映射值经过控制单元发送到信元头变换单元；
信元头变换单元用于将所述ATM信元的头信息中的VPI、VCI的值变换为VPI、VCI的映射值，将变换头信息后的ATM信元发送给信元发送单元；
所述信元发送单元用于将来自信元头变换单元的ATM信元发送给ATM端口控制器。
其中，所述标志变换单元为内容可寻址存储器CAM。
其中，所述控制单元为CAM控制单元。
其中，还包括缓存器，用于缓存信元接收单元发送给信元头读取单元的ATM信元，缓存信元头变换单元发送给信元发送单元的ATM信元。
其中，所述缓存器为先进先出FIFO缓存器。
其中，还包括中央控制单元，用于对信元接收单元、信元发送单元、信元头读取单元和信元头变换单元进行控制，将相关信息发送给外围单元或设备。
基于上述装置，本实用新型还提出一种ATM中的信元变换系统，包括ATM接口和ATM端口控制器，还包括：信元接收单元、信元头读取单元、控制单元、标志变换单元、信元头变换单元和信元发送单元；
所述信元接收单元用于接收ATM接口发送的ATM信元，并将接收到的ATM信元发送给信元读取单元；
所述信元头读取单元用于在ATM信元头信息的特定位置读取虚路径标志VPI、虚信道标志VCI的值，并将VPI、VCI的读取值经过控制单元发送到标志变换单元，将ATM信元发送给信元头变换单元；
所述控制单元用于对标志变换单元进行相关控制；
所述标志变换单元用于根据控制单元发送的读取值，以及预先保存的映射关系，将VPI、VCI的读取值变换为VPI、VCI的映射值，并将VPI、VCI的映射值经过控制单元发送到信元头变换单元；
信元头变换单元用于将所述ATM信元的头信息中的VPI、VCI的值变换为VPI、VCI的映射值，将变换头信息的ATM信元发送给信元发送单元；
所述信元发送单元用于将来自信元头变换单元的ATM信元发送给ATM端口控制器。
其中，所述标志变换单元为内容可寻址存储器CAM。
其中，还包括缓存器，用于缓存信元接收单元发送给信元头读取单元的ATM信元，缓存信元头变换单元发送给信元发送单元的ATM信元。
其中，还包括中央控制单元，用于对信元接收单元、信元发送单元、信元头读取单元和信元头变换单元进行控制，将相关信息发送给外围单元或设备。
在本实用新型中，通过信元头读取单元读取ATM信元的头信息中VPI、VCI的值，并将VPI、VCI的读取值发送到标志变换单元；标志变换单元根据VPI、VCI的读取值，以及预先保存的映射关系，将VPI、VCI的读取值变换为VPI、VCI的映射值，并将VPI、VCI的映射值发送到信元头变换单元；信元头变换单元将ATM信元的头信息中的VPI、VCI的值变换为VPI、VCI的映射值，并将变换头信息的ATM信元发送给APC。
可以看出，无论ATM信元中的VPI、VCI的实际值是否符合APC入口的要求，只要根据预置的映射关系将VPI、VCI的实际值变换为映射值，并将ATM信元中的VPI、VCI的实际值变换为映射值，就可以使进入APC的ATM信元的VPI、VCI值符合APC入口的要求。采用本实用新型所提供的装置或系统，可以解决VPI和VCI的实际取值范围受到APC入口的限制，从而大大增加了系统的灵活性，扩展了应用。
附图说明
图1是APC入口连接查找的示意图；
图2是本实用新型提供的第一装置示意图；
图3是本实用新型提供的第二装置示意图；
图4是本实用新型提供的第三装置示意图；
图5是本实用新型提供的第四装置示意图；
图6是本实用新型提供的第五装置示意图；
图7是本实用新型提供的第六装置示意图。
具体实施方式
本实用新型的核心思想在于，
图2是本实用新型所提供的ATM信元变换装置的示意图，该装置串接在ATM接口和APC之间，该装置包括信元接收单元21、信元发送单元22、信元头读取单元23、信元头变换单元24、控制单元25和标志变换单元26。
该装置通过信元接收单元21接收ATM接口发送的ATM信元，并将接收到的ATM信元发送给信元读取单元23。信元读取单元23在该信元头信息中的特定位置读取该信元所携带的VPI和VCI的值。
其中，在ATM协议中规定了VPI和VCI在ATM信元的头信息中的特定位置。所以，信元读取单元可以根据规定，在头信息的特定位置读取VPI和VCI的值。
信元读取单元23将其读取的VPI和VCI的值经过控制单元25发送到标志变换单元26，并将所述ATM信元发送到信元头变换单元24。
在标志变换单元26中，预先建立VPI、VCI的读取值和VPI、VCI的映射值之间的映射关系。当标志变换单元26收到来自控制单元25的VPI、VCI的读取值后，将根据预先建立的映射关系将VPI、VCI的读取值变换为VPI、VCI的映射值，并将VPI、VCI的映射值通过控制单元25发送给信元头变换单元24。通过控制单元25可以对标志变换单元26进行相关的配置和控制。
其中，在标志变换单元26中建立VPI、VCI的读取值和VPI、VCI的映射值之间的映射关系，其方式可以有多种，例如：可以映射表的形式建立VPI、VCI的实际值和VPI、VCI的映射值之间的映射关系。
下面，对建立VPI、VCI的实际值和VPI、VCI的映射值之间的映射关系的方法作进一步说明。
首先，根据实际情况决定确定MaxSubport，假设MaxSubport＝32，则可以知道对于APC来说，应该使MaxVPI×MaxVCI＜2048。如果这时VPI的取值范围设置为0～7，即MaxVPI＝7，则VCI的取值范围应该为0～255，即MaxVCI＝255。这里所述的VPI和VCI的取值范围应该是VPI、VCI的映射值的取值范围。
然后，确定VPI、VCI的实际取值范围。根据ATM协议的规定，VPI的实际取值范围最大可以是0～4095、VCI的实际取值范围最大可以是0～65535。
最后，根据预定的映射关系，将VPI、VCI的实际取值范围和VPI、VCI的映射值的取值范围进行映射。所述预定的映射关系可以是某种运算关系，例如表1所述的映射关系。
                   表1
  mod(VPI/29)＝0   mod(VPI/29)＝1 ...   mod(VPI/29)＝7
  mod(VCI/28)＝0   0，0   0，1 ...   0，7
  mod(VCI/28)＝1   1，0   1，1 ...   1，7
  mod(VCI/28)＝2   2，0   2，1 ...   2，7
  ...   ...   ... ...   ...
  mod(VCI/28)＝255   255，0   255，1 ...   255，7
在表1中，mod(*)是取余函数，VPI、VCI为实际值。当mod(VPI/29)＝0时，该VPI的映射值取0，当mod(VPI/29)＝1时，该VPI的映射值取1，并依此类推，直至当mod(VPI/29)＝7时，该VPI的映射值取7；当mod(VCI/28)＝0时，该VCI的映射值取0，当mod(VCI/28)＝1时，该VCI的映射值取1，并依此类推，直至当mod(VCI/28)＝255时，该VCI的映射值取255。
通过表1可以看出，不论ATM信元中的VPI、VCI的实际取值为多大，也不论实际VPI×VCI的值是否超出2048，经过标志变换单元26的变换后，VPI、VCI的实际值都将被转换为VPI、VCI的映射值，而VPI、VCI的映射值对于APC来说是满足要求的。
信元头变换单元24可以收到信元头读取单元23发送的ATM信元，和来自控制单元25的VPI、VCI的映射值。信元头变换单元24将VPI、VCI的映射值写进所述ATM信元头信息中，替换所述ATM信元头信息中的VPI、VCI的实际值。
信元头变换单元24将信元的头信息中的VPI、VCI进行替换后，将该信元发送给信元发送单元22，由信元发送单元22将信元发送给APC。
图3是本发明装置的一个更具体的结构图。与图2所示的装置相比，在图3所示的装置中，标志变换单元26由内容可寻址存储器(CAM)32实现，控制单元25相应地变成CAM控制单元31即可。
当信元头读取单元23读取获得VPI和VCI的实际值后，将VPI和VCI的实际值经过CAM控制单元31发送给CAM32。CAM32可以根据收到的VPI和VCI的实际值查询获得VPI和VCI的映射值，并将VPI和VCI的映射值经过CAM控制单元31发送给信元头变换单元24。
CAM是一种专门为快速查找数据地址而设计的存储器。CAM通过把输入数据与其内所存数据相比较，能快速确定输入数据是否与其内部某个数据或某几个数据相匹配。在本实用新型中，当信元头读取单元23读取ATM信元头中的VPI和VCI的实际值后，以获得的VPI和VCI的实际值作为索引，在CAM中查找相应的VPI和VCI的映射值，从而完成VPI和VCI的变换。
其中，VPI和VCI的值以表1所示的方式，组合为32bit的数据保存在CAM中。
          表1
  VPI   VCI
  高16bit   低16bit
在初始化时，将CAM的索引项全部填写为0。在APC中建立链接时，将VPI和VCI的实际值，VPI的实际值的范围是0～4095、VCI的实际值的范围是0～65535，组合为32bit数据，填入CAM的索引项；将VPI和VCI的映射值，写入相应索引项所对应的数据项中。将索引项对应的数据项作为APC建立连接的入口参数，在APC中建立VC虚连接。在CAM中，索引项和数据项的对应关系如表2所示。
            表2
  索引项   数据项
  VPI和VCI的实际值1   VPI和VCI的映射值1
  VPI和VCI的实际值2   VPI和VCI的映射值2
     
  VPI和VCI的实际值n   VPI和VCI的映射值n
信元头读取单元23从ATM信元头中读出VPI和VCI的实际值后，以VPI和VCI的实际值作为索引，向CAM控制单元31提交CAM查询请求；当CAM控制单元31将查询结果送回信元头变换单元24后，信元头变换单元24将ATM信元头中的VPI和VCI的实际值变换为查询获得的VPI和VCI的映射值，然后，发送变换了VPI和VCI的ATM信元。
为能更容易地协调信元接收单元21和信元头读取单元23之间、信元头变换单元24和信元发送单元22之间的信元传输的时序关系和相应的控制，可以在信元接收单元21和信元头读取单元23之间、信元头变换单元24和信元发送单元22之间分别增加一级缓存单元。增加缓存单元之后的ATM信元变换装置如图4所示。
其中，缓存单元可以是先进先出((FIFO，First In First Out)存储器，如图5所示。
图6是本发明提供的比较具体的ATM信元变换装置。其中，信元接收单元21、信元发送单元22、信元头读取单元23、信元头变换单元24、CAM控制单元31和FIFO存储器51都可以通过现场可编程门阵列(FPGA，FieldProgrammable Gate-Array)实现；CAM32采用普遍常用的CAM器件即可。
其中，如果FPGA具有CAM控制模块，则可以直接调用所述模块作为CAM控制单元；否则，也可以根据所述CAM器件说明书的要求在FPGA中实现相应的CAM控制单元。
为使ATM信元变换装置具有更多的可扩展功能，或者为使外围单元或设备知道ATM信元变换装置的相关信息，还可以在该装置中增加中央控制单元，如图7所示。
在图7中，通过中央控制单元71可以对信元接收单元21、信元发送单元22、信元头读取单元23和信元头变换单元24进行更加方便地控制，并增加某些可扩展功能。通过中央控制单元71还可以将ATM信元变换装置的相关信息发送给外围单元或设备，以使外围单元或设备可以及时掌握ATM信元变换装置的情况，并进行相应的处理。
本实用新型的核心思想在于，从ATM信元的头信息中，读取VPI和VCI值，将所述VPI和VCI的值按预先设定的映射关系变换成符合APC要求的VPI值和VCI值，并将变换后的VPI值和VCI值重新写进ATM信元的头信息中，以替换原来的VPI值和VCI值。
经过上述过程，不论ATM接口发送的ATM信元中的VPI值和VCI值是否符合APC入口的要求，都可以将该VPI值和VCI值变换为符合APC入口要求的VPI值和VCI值，从而解决了APC入口对VPI和VCI的实际取值的限制，大大增加了系统的灵活性，扩展了应用。
基于上述不同的装置，本实用新型还提出相应的ATM中的信元变换系统。该系统包括ATM接口、ATM中的信元变换装置和APC。该系统可以分别如图2～7所示，这里不再重复对各系统作具体说明。
可以看出，基于本实用新型所提供的装置或系统，还可以演生出很多的装置或系统。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种异步转移模式ATM中的信元变换装置，其特征在于，包括：信元接收单元、信元头读取单元、控制单元、标志变换单元、信元头变换单元和信元发送单元；
所述信元接收单元用于接收ATM信元，并将接收到的ATM信元发送给信元读取单元；
所述信元头读取单元用于在ATM信元头信息的特定位置读取虚路径标志VPI、虚信道标志VCI的值，并将VPI、VCI的读取值经过控制单元发送到标志变换单元，将ATM信元发送给信元头变换单元；
所述控制单元用于对标志变换单元进行相关控制；
所述标志变换单元用于根据控制单元发送的VPI和VCI的读取值，以及预先保存的映射关系，将VPI、VCI的读取值变换为VPI、VCI的映射值，并将VPI、VCI的映射值经过控制单元发送到信元头变换单元；
信元头变换单元用于将所述ATM信元的头信息中的VPI、VCI的值变换为VPI、VCI的映射值，将变换头信息后的ATM信元发送给信元发送单元；
所述信元发送单元用于将来自信元头变换单元的ATM信元发送给ATM端口控制器。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标志变换单元为内容可寻址存储器CAM。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制单元为CAM控制单元。
4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括缓存器，用于缓存信元接收单元发送给信元头读取单元的ATM信元，缓存信元头变换单元发送给信元发送单元的ATM信元。
5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述缓存器为先进先出FIFO缓存器。
6、根据权利要求1至5任意一项所述的装置，其特征在于，还包括中央控制单元，用于对信元接收单元、信元发送单元、信元头读取单元和信元头变换单元进行控制，将相关信息发送给外围单元或设备。
7、一种异步转移模式ATM中的信元变换系统，包括ATM接口和ATM端口控制器，其特征在于，还包括：信元接收单元、信元头读取单元、控制单元、标志变换单元、信元头变换单元和信元发送单元；
所述信元接收单元用于接收ATM接口发送的ATM信元，并将接收到的ATM信元发送给信元读取单元；
所述信元头读取单元用于在ATM信元头信息的特定位置读取虚路径标志VPI、虚信道标志VCI的值，并将VPI、VCI的读取值经过控制单元发送到标志变换单元，将ATM信元发送给信元头变换单元；
所述控制单元用于对标志变换单元进行相关控制；
所述标志变换单元用于根据控制单元发送的读取值，以及预先保存的映射关系，将VPI、VCI的读取值变换为VPI、VCI的映射值，并将VPI、VCI的映射值经过控制单元发送到信元头变换单元；
信元头变换单元用于将所述ATM信元的头信息中的VPI、VCI的值变换为VPI、VCI的映射值，将变换头信息的ATM信元发送给信元发送单元；
所述信元发送单元用于将来自信元头变换单元的ATM信元发送给ATM端口控制器。
8、根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述标志变换单元为内容可寻址存储器CAM。
9、根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括缓存器，用于缓存信元接收单元发送给信元头读取单元的ATM信元，缓存信元头变换单元发送给信元发送单元的ATM信元。
10、根据权利要求7至9任意一项所述的系统，其特征在于，还包括中央控制单元，用于对信元接收单元、信元发送单元、信元头读取单元和信元头变换单元进行控制，将相关信息发送给外围单元或设备。
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