CN85109292A

CN85109292A - 数据通信网络

Info

Publication number: CN85109292A
Application number: CN198585109292A
Authority: CN
Inventors: 约翰·安东尼·亚诺西
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1985-02-25
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1986-09-10
Also published as: JPS61196643A; EP0193095A2; AU5344186A; ES552303A0; ES8800554A1

Abstract

一种数据通信网络包括许多基本上相同的子系统，每个子系统自主控制着与其相关的所有数据通信量。此外，每个子系统通过一种全分布式多微型计算机结构执行上述控制，从而，在数据通信网络中任何一个元件失效，对该网络所提供的服务只有极微小的影响。

Description

数据通信网络

本发明广泛地涉及到数据通信网络，特别涉及到这样一种网络，即在此种网络中，譬如通过数据开关，把许多实质上相同的子系统互连起来，而每个子系统能够自发地控制流过的全部数据通信量。

目前已有若干种系统可为多用户间数据通信服务。通常可以把这类系统归纳成为以下四种：即局部区域网络（LAN），统计多路转接器，计算机网络和声音/数据开关（PABX）。

最普通和最广泛使用的系统是局部区域网络，它通过简单的物理媒质把许多在地理位置上最接近的用户互连起来。在现有各种的LAN中，它们之间的最常见的区别包括以下几个方面：存取机理、操作性能、由存取机理决定的速度和容量，以及用于整个网络的数据传送通信规程。传统LAN_S的主要困难在于需要用简单的通信媒质，绝大多数是用同轴电缆把所有的外围设备都连在网络上。这种制约就要求一开始设计此种网络时格外小心，以保持先前所定的数据通信容量。遗憾的是：当通信容量超出时，网络服务功能急剧衰退。通常这种衰退不仅表现在网络存取后在外部设备间完成数据传送时间要拉长。

一般LAN_S还可以有包括中央处理系统或独立子系统的特征。在第一种情况中也就是在中央处理器系统中，网络有一个中央处理器，所有数据通信量都必须流过该中央处理器。此中央处理部件不仅提供所需要的路由选择码，而且还进行通信规程所需要的全部变换。对于这种集中式处理器系统来说，其中一个主要困难是所有数据通信量必须流过中央处理器的数据通道，不管该数据是接到与发出数据相同子系统的外围设备上还是接到在同一通信规程内正在动作的外部设备上。显然，这种很长的数据通道或数据通道传输时间是完全不希望有的。

在第二种情况中，把中央处理器从LAN中撤出而提出“独立”的子系统，每个子系统控制着通过其上的数据通信量。然而到目前为止，所有这类网络都要求上述“独立”子系统有一个集中处理部件。因此用户仍面临着类似上述中央处理系统所讨论过的信息狭道问题。

凡是依靠集中式处理器的任何网络，无论这种处理器是用在网络级还是用在子系统级，都有一个主要缺陷，即互连成的所有外部设备从而都会受到该处理部件所带来的灾难。也就是说，一旦所给定的中央处理部件失灵，广大用户的服务就得中断。当然，对某些用户来说，如金融中心或军事机构，这是绝对不能容许的。不过，上述这种失灵状态对于任何一个用此网络互连的用户来说也是非常不希望有的。

较新型的统计多路转换器系统对外部设备间进行数据传送服务是通过把数据复合到一条共用线上来进行的。沿着共用线所传送的数据，最后还需要另一种统计多路转换器予以分离。现在一些统计多路转换器具有包装配/拆卸和通信规程转换器服务。然而如同LAN情况一样，统计多路转换器系统也有一个先前所定的数据通信容量问题，并且当这类装置中有一个失效时，整个网络就会受到严重影响。

一般来说，计算机网络是为了使用户能利用大型集中式计算机所提供的服务这一明确目的而发展起来的。因此，使这类绝大多数是由计算机厂商提供的网络，面向与计算机出入口相连的终端设备，而不是像数据通信网络那样把外部设备全连接起来。上述计算机网络还有一个缺点，即所有通信量的流通都得通过主计算机，或者起码得通过控制处理器部件的前端。于是当互连的终端设备数增多或总通信容量加大时，信息狭道就成为严重问题。解决这个矛盾的办法不是将计算机网络配置重新进行昂贵的设计就是在服务上予以缩减。

诚然，现有的全服务声音/数据开关（PABX）可以把整个外部设备全连接起来，但是在数据通信量上受到其内部连接结构方式的固有限制。此外，由于用户或通信量增加，内部计算机结构无法对处理器容量的不断扩展作出相应调整，故传统PABX的容量是有限制的。

如前所述，本发明的目的之一是要提供一种很容易扩展的数据通信网络，并且随着不断扩展的同时，还能提供稳定的、可靠的信息包通信。

上述目的至少部分是靠一种数据通信网络来完成的，该网络有许多基本上相同的子系统它们自发地控制其内部所有数据服务，并且在子系统内部和各子系统之间的数据通信包括简单的统一的通信协议。

凡熟悉本专业的那些读者在阅读了下列细节说明以及所附的专利申请范围的附图就会对本发明其它目的和优点一目了然。

图1 是一个实施本发明原理的数据通信网络的方块图

图2 是图1所示网络内使用的典型子系统的详尽方块图

体现本发明原理的数据通信网络可概括成图1的10，它包括如下几个部件：网状型媒质12许多基本相同子系统14，为网状形媒质12和各子系统14之间建立通信通路的装置16以及为各子系统14和许多外部设备20建立通信通路的装置18。此数据通信网络10是由分层通信规程将其组织好，该规程是以国际标准化组织ISO所规定的开放系统接口标准OSI为基础，以下称此规程为OSI-ISO。

下面将对分层通信网络规程和其嵌套层的任务分别给予简要说明。本根据通信网络10的网络规程对外部设备20提供一种与补充规程无关的标准接口。这是靠一个美国专利所介绍的装置和方法来完成的，该专利的申请号为705，461，其名称是“执行通信规程转换的装置和方法”，该专利申请书在当天归档并委托给代理人。可以把该申请书一并作为参考。

此外，本网络规程最好包括OST-ISO规程的前三层。也就是本网络规程有物理层L₁，在一个具体的通信网络10的实施方案来说，其中的网状形媒质12是一种数字开关式网络，例如ITT系统12数字交换，它有这样能力，即仅在已包格化数据通过网络期间建起单工通道。数据网络的第二层是虚拟链路层L₂，为各子系统14之间提供公共逻辑链路，并支持已打开的虚拟电路，数据程序和永久性的虚拟电路。本网络规程的第二层L₂是通信层，它是应各子系统的通信需要建立，也就是说，当数据通信网络10的各子系统14之间进行定时通信时就需要L₂层。当正在通信的子系统的最后一次通信完毕之后，虚拟链路就中断。因此每个子系统14需要建立很多的虚拟链路，它们的数目就等于由数字开关12所互连的其余子系统数。

通信规程的第三层L₃是网络层，它是为每个子系统14上三个标准接口装置提供数据通信服务。该层利用各子系统14之间的常规虚拟链路传送与L₃层业务有关的数据。

典型计算机网络和数据通信网10对通信规程第二层的要求存在很大差别，也就是说，在计算机网络的各子系统之间，无论是二级链路还是固定物理链路通常都是固定关系，而在数据通信网络10中没有固定的物理链路。实际上应用了虚拟链路就为子系统14之间的信息包传送提供了动态的带宽调节，其办法是通过网络规程的第一分层把多个信息包同时向一个目的的子系统送去。

典型计算机网络与数据通信网络10的另一种差别是数据通信网络10的分布特性，也就是说，每个子系统14能根据其本身通信需要，自主地确定是否需要建立虚拟链路。因此，任何虚拟链路的建立都无须经过中央的授权。

虚拟链路一旦许可动态确立，就意味着：在各子系统14之间可以建立任何数目的虚拟链路。子系统14的帧是用一种巧妙的安排把它们区分开来，这种安排是利用了系统宽地址，它把起始子系统和目的子系统的标识符作为地址分段。因此组合地址就确定了虚拟链路系统的宽度。

此外，与虚拟链路有关的是每个子系统14的服务来源及其内部分布。这些服务尤其包括了信息流控制机构。美国专利申请号为705，465的申请书中对一种特殊的信息流控制机构的装置和方法进行了介绍，其名称为“数据子系统通信量控制装置和方法”，该申请与本申请在同一天提交并转让给同一受让人。可以把该申请书一并作为参考。

在最佳实施方案中，如ITT系统12数字交换的数字开关12，它能随着需要量增长，与许多相似的数字开关12互联，在所形成的通信系统中，每个数字开关12仍保持着独立的整体。在最佳实施方案中，如ITT系统12数字交换，其数字开关12具有分布式控制结构，其中通信系统的控制是由此随即伸展到每个数字开关12的接口处。于是为了连接子系统14中的不同通道，每个数字开关12仅需访问对建立通信通道所需要的机构。此外，每个数字开关12都能应子系统14的要求，根据统一的内部控制方案总则，自主地建立起上述通路。于是不论数据开关12变化与否，都能操纵由此进入的任何数据包。实际上，子系统14对每个数据包，都逐个地附上适当数据开关命令。通过对所附命令的询问，就控制了数据包通过数据开关12的路径，从而使一包数据在子系统14之间传送，用本发明的述语来说，这是被看做建立物理通道的物理级功能。

在该实施方案中，如果仅用一个简单的数据开关12这样一个通信系统，数据开关12为子系统14间提供所需要的物理连接和维护，并且根据需要向每个子系统14发回报警信号，这样就使个别的子系统14从这些功能和服务上摆脱出来。然而，如同上面所参考的专利申请号为705，465，题目为“数字子系统传输信息控制装置和方法”的申请书中所讨论那样，每个子系统14为确保完满的自主性，需要有内部信息分布控制、信息流控制、拥塞检测和拥塞控制机构。使用上述数字开关12就能使整个数字通信网络10在扩展其它子系统14时，能采用模块方式，并且使通信系统在扩展其它数字开关12时采用模块方式。由于数字开关12接收了所有信息包，并只是询问了附在包上的开关选择路径信息，所有穿过通信系统的数字交换可以直接在任何二个子系统14间进行，也就是说只须在对应子系统间的路程上进行，所以这办法是很方便的。数字开关12的各种特点已在“电气通信（Electrical Communication）”的1981年VOL85、№2/3上讨论过了。

该最佳实施方案中，就每个子系统14而言，装置16能利用PCM链路上的8对单I通路，即单向通路。因而，8条独立发射信道和8条独立接收信道能同时发射和接收信息包。如象以下更详尽计论那样，在此实施方案中，8对单工路径就允许把8个独立网络接口装置22接到每条PCM链路上，如图2所示，关于这点下面还要充分讨论，在每个自主子系统14内，连着两条上述的链路24，这样就构成装置16。此外，上述网络接口装置22为1-4个，通常这样的容量对任何子系统14来说是绰绰有余。

数据通信网10的每个子系统14都是以全分布式结构的多个微型计算机为基础的。更准确的说，如图2所示，每个子系统14至少有一个网络接口装置22，至少有一个、但通常为一个以上的外部设备接口装置26以及一台装置28，装置28是为了在各个子系统14内给所有网络接口装置22和所有外部接口设备26之间建立数字通信量的非主流通路。此外，对于每个正在执行任务的外部设备接口装置26还配备装置30和一个通信规程变换，它是为了使外部设备20上的任何先前所选定的外部规程和网络的内部统一规程之间能进行变换而用。装置30是为了执行通信协议而用，它通过多个通用同步/非同步的再生/发射（USART）装置32同装置18相连，以建立子系统14和外部设备20之间的通信。因此，当数据刚从外部设备20一进入数据通信网络10时或数据从通信网络向外输出之前，就立即高效地进行外部设备上的外部设备通信规程和统一网络通信规程之间变换。从而，除了子系统内部的链路级和子系统之间的虚拟链路级之外，还有所有的子系统内部和子系统之间都得按照统一的网络通信规程进行通信。统一网络通信规程是在下列时刻：即在通信规程转换时和数据包进入数字开关12时，和/或数据包进入同一子系统14中另一个外部设备接口装置26中时，和/或数据包进入同一外部设备接口但不同外部设备20上时对所有数据通信量提供控制、命令和调节。

在最佳实施方案中，整个数据通信网10内的所有网络接口装置22基本上相同。同样，整个通信网10内的所有外部设备接口装置26也基本上相同。任何两个外部设备接口装置26之间的唯一基本区别是是在于各自执行它们先前所选的通信规程变换，和各自接口的物理电气性能上的差异。在每个子系统14中，由于各用户在该子系统所用的外部通信规程不同，所以提供了不同的外部接口装置26。

此外，各外部设备接口装置26都串接到一个公共传输媒质34上，也就是接到装置28上，以下称其为子系统内部总线，它在该子系统14中又把每个网络接口装置22互连起来。最好在此子系统14中，使内部子系统总线28允许在任何外部设备接口装置之间和/或任何指定的网络接口装置22之间进行非主流子系统内通信。

在一个实施方案中，把各子系统14的每个外部设备接口装置26都设计在单块印刷电路板上，而此印刷电路板又连到刻有公共内部子系统总线28的主板上。同样地，在同一主板上配许多网络接口装置22，从而在子系统14内建立起子系统内部总线28。所以一旦从各外部接口装置26上来的数据通信量超出了任何单个网络接口装置22予先设计的容量，则余下的数据通信量可以传输或转出到另一个网络接口装置22上，不会破坏任何用户与外部设备接口装置26的连接服务。为了尽可能避免拥挤，通信量也是均匀分布在上述的各网络接口装置22上。此外，主板还配有许多印刷电路板插座，以便在此插上新的电路板，如外部设备接口装置26板或网络接口装置22板。因此，每个子系统14，以致整个数字通信网络10都可以模块式扩展，不必为了扩展而对它们进行重新设计。

在最佳实施方案中，与主板互连的印刷电路板的数目是受到公共子系统内部总线28长度的限制，总线28包括数据传输媒质和冲突检测媒质，这两种完全不同。最佳实施方案中，冲突检测机构即受到其电压值变化的影响又要受到电流值变化的影响。因此，为了确保精度和避免由于时间/距离困难所造成冲突，子系统公共内部总线28通常被限在6次左右。

在最佳实施方案中，子系统14就采用美国专利申请所述的型号，该专利的申请序列号为705，464，题为“通信子系统”，与本申请同一天递交并转让给同一受让人，可以把该申请书一并作为参考。另外，子系统内部总线28最好是采用美国专利申请所述的型号，该专利的申请序列号为670，682和670，701，这两个专利在1984年11月13日递交并转让给同一受让人。

在最佳实施方案中，每个外部设备接口装置26和每个网络接口装置22都有一个数据传送控制器34，它是用软件来实现的，对流过每个板的所有数据通信进行调节，一旦流过该板上通信量超过的，就把它们分布到邻近的板上，由于采用了这种方式，使得外部设备的接口装置26和网络接口装置22之间的子系统内部通信就仅仅受到装在相应装置上的数据传送控制器34速度的限制。在每个子系统14和网络10中几乎所有数据传送控制器都相同。最好每个数据传送控制器34上有一个部件接口控制器36，存储媒体38、总线接口控制器40和一台微型计算机42。对每个数据传送控制器34是这样安排的：即微型计算机42和部件接口控制器36之间的唯一通道是通过一组中断/通道值班线44。同样，微型计算机42和总线接口控制器之间通过另一组中断/通道值班线46。序列号为705，457的美国专利申请书介绍一种特别有用的数据传送控制器34，该申请书为“数据传送控制设备”，在同一天申请并转让给同一受让人。此外，序列号为-美国专利申请书对上述数据传送控制器34上的部件接收控制器36作了介绍，该专利申请书题为“部件接口控制器”，在同一天申请并转让给同一受让人，这些申请也一并可作参考。此外各网络接口装置22经PCM总线接口48与接到数据开关12上的8对单工通道相连，因此进入此网络接口装置22的全部通信量基本上都立即发送到数字开关12上。

在题为“向开关式交换电路提供数据服务系统”的一篇文章中提到的一种特殊的PCM总线接口48，曾在美国专利申请序列号为682，228中给予描述和讨论过，该申请是在1984年12月14日递交的，题为“建立通信通道的设备”，该专利申请已转让给受让人。就该PCM总线接口部件48的功能来说，已经在序列号为682，228的美国专利申请书中作了介绍，该申请书也一并可作参考。如其中所讨论的，该设备有许多串联端口，在串联端口内的每个终端都接到时间分割多路转换总线上，并且每个终端都有一个由开关控制器进行控制的开关，动态的确定开关通道。专利申请号为682，228的美国专利介绍了一种特殊开关，它可动态确定开关通道，该专利在1984年12月14日递交并转让给受让人。开关控制器开关与上面所提及的开关一起使用，可以动态地分配开关通道，序列号为682，033的美国专利申请书对此进行了介绍，该申请书在1984年12月14日递交，并转让给受让人，这些专利申请书也可一并作为参考。

如像上面最后三种专利申请书所述，使PCM总线接口48与信息相适应，并且为沿着PCM总线24传送的信息安置通道。于是，通过数据通信网络10的数据通信量就最大，并且避免了集中式处理器的狭道问题。因此，即使少量外部设备接口装置26或网络接口装置22产生了狭道问题，此系统14内的其余装置26或22仍然没有受到干扰，继续向用户提供最大服务。

在最佳实施方案中，主要由于子系统14的模块性，为了执行一个或多个所要求的应用程序可方便地在各系统14上配备一个或多个装置50。例如，一个特定子系统14用户可以要求一个应用程序来执行一个比较复杂规程变换，利用它或者在此特定子系统中内部进行高级互连的通信，或者穿过数字开关12进行高级的互连通信。此外，上述应用程序也可以包括通常所谓的“价格累加服务（Value added Services）”，例如记帐、数据库储备、路径选择等诸如此类的服务项目。另外，为了对用户进行辅助服务，可以在装置50上配备提供外部服务的接口。在一个实施方案中，上述通道接口装置50可以把外界接向一个子系统14，并且通过数据开关12可以把外界接向所有子系统14。

提供一条非主流子系统内部公用总线28的主要优点就是消除了多个装置在一条通道上同时传送信息的可能性，从而免除了由于信息传输冲突而引起的数据损失。此外，一旦系统内部总线28被接通，向用户可以提供整个带宽，因而数据通信流是较快的。另外，装设网络接口装置22时包括一对数字开关12相接的PCM链路24，能有效地向数字开关12提供不受限制的数据传送带宽。此外，该网络接口装置22包括在数字传送控置器34内对网络接口装置22进行编程，统一通信规程，由它来传送从网络媒质12来的信息包，或向网状媒质12投递信息包，并可经PCM链路24向数字开关12提供控制它的包前标和包后标（enveloping leaders and trailers），以便建立一个通道，更令人满意的是：当最后数据一发出，立即拆卸上述通道。因此，由于是立即拆卸数据包边沿，也就是说，提供命令和控制的通带用户并不由于需要问数字开关12发送一条相隔开的命令而损失时间。于是，连在系统22内所有子系统14上的用户都能以最大速度通向开关12。

装置18是为了在任一子系统14和该子系统有关的多个外部设置装置20之间建立通信而用，它可用任何一种常规的连接结构，例如几套双扭线。但是，从子系统14到外部设备20的装置最好用这样方式互联，它能确保依据同一通信规程动作的各外部设备都能用在此系统14内的同一个外部设备接口装置26来互联。在最佳实施方案中，例如，每个外部设备接口装置26适合于与通信链路18的八条通信通道相连。此外，通信链路18中的每个通信通道还可以接入多个外部设备20。如果在一个外部设备接口装置26上按照一种特定通信规程而工作的外部设备20的个数超过了该接口装置26能接受的限制时，则另一个外部设备接口装置26就被增补上去，以执行同一规程的转换，从而在该通信指导下，就接受了额外的外部设备，这是很有利的。此外，在最佳实施方案中，外部设备接口装置26最多是8块板。从而，每个子系统14最大能容纳约64-200个单个用户，这就要视数据通信量大小而定。现以数字开关12为例，用在ITT系统12的数字交换中的数字开关12能同2000多个子系统相连。于是，很容易确定本数字通信网络10有巨大数字通信能力，并且缩短传送时间。

本数字通信网10的主要优点是：能按照需要以极好的模块式进行扩展，不需要在扩展一个子系统时，每次都重新进行费用昂贵的设计。另外，对每个用户都具有稳定性能，而其主要的限制却是接口卡（22，26，或50）上的各数据传送控制器的专用微型计算机。如前所述，这些接口卡能关断或节制超过的通信量，以免在该处产生狭道问题。此外，在整个数字通信网络10中对数字通信量的控制完全是分布的，也就是说，在某子系统处失效时，它对余下工作的子系统通信量的冲击不多。把这种系统同任何集中处理系统相对比真是天壤之别，在使用集中处理系统中，一旦集中式处理器失效，整个网络一齐失效。

尽管本发明就一个代表性实施方案作了介绍，但不能局限于此。就本发明所涉及的范围和发明的思想而可以开发出其它设备和结构。因此，不应把本发明约束在所附的权利要求范围内及相应的说明部分。

Claims

1、一种数字通信网络，其特征在于：

有许多基本相同的子系统(14)，上述每个子系统(14)都带有许多第一级通信链路(16)，通过该链路把许多外部设备(20)与上述的每个子系统(14)建立通信；

为在上述子系统之间建立网状通信的装置(12)；

上述每个子系统(14)为能自主控制流过其中的所有数据通讯量而用的有关装置(34)，遍布上述数据通信网络中的每个子系统(14)的该装置(34)基本上是相同的；

上述每个子系统(14)为执行单一通信规程转换的有关装置(30)，该装置(30)与每个上述第一级通信链路(16)相连，该数据通信网络中所有子系统内部的数据传输都依靠该装置来执行统一通信规程。

2、如权利要求1所述的数据通信网络，其中每个上述子系统都包括自主地分布流过其中数据的装置。

3、如权利要求1所述的数据通信的网络，其中还包括：

为在该数据通信网络中以模块方式增加上述子系统数目的装置。

4、如权利要求3所述的数据通信网络，其中还包括：

为在该数据通信网络中模块增加每个上述子系统所连接的外部设备数目的装置。

5、如权利要求1所述的数据通信网络，其中上述每个子系统包括：

进行辅助服务的装置。

6、如权利要求1所述的数据通信网络，其中为了在上述网状装置和子系统之间同时进行双向数据通信，在网络中配置了第二级通信链路。

7、如权利要求1所述的数据通信网络，其中上述每个子系统还包括：

至少有一个独立的网络接口装置，上述每个网络接口装置都装有控制上述数据通信量的装置。

8、如权利要求7所述的数据通信网络，其中上述每个子系统还包括：

至少一个独立的外部设备接口装置，每个上述外部接口装置包括上述通信规程转换装置。

9、如权利要求8所述的数据通信网络，其中还包括：

一种子系统内部非主流通信媒质，该媒质具有上述外部设备接口装置和与之相连的网络接口装置。

10、如权利要求8所述的数据通信网络，其中与上述每个外部接口装置相连接的所有上述第一级通信链路仅仅与具有上述单一通信程序的外部设备进行通信。

11、如权利要求1所述的数据通信网络，其中对于每个上述子系统进行控制的每个上述数据通信量控制装置包括多个基本相同的呈分布状态的微型计算机，每个上述微型计算机控制着上述子系统中的一部分数据通信量。

12、如权利要求11所述的数据通信网络，其中上述数据通信网络中遍布的上述微型计算机基本上相同。

13、如权利要求11所述的数据通信网络，其中上述数据通信量控制装置包括一个第一套处理器，用来控制与上述外部设备来往的数据通信量，和第二套处理器，用来控制与上述网状装置来往的数据通信量，上述第一套处理器和上述第二套处理器是通过一条非主流通信媒质进行互连的。