CN85109433A - 数据分系统通信量控制设备和方法 - Google Patents

Abstract

在整个通信网络中，用来控制数据通信量的设备包括各分系统中的多个网络接口装置。在整个网络中，接口装置基本上相同，每个接口装置都自主地控制流过的所有数据通信量。

Description

数据分系统通信量控制设备和方法

本发明一般说来与控制通过一个数据分系统的数据通信量的设备有关，尤其是与包括有多个彼此通连，但为能自主控制数据通信流量而又彼此独立的装置的这类分系统有关。

在整个现代通信系统领域中，数据通讯网络往往由互连多个分系统或节点而形成。通常，各分系统或节点被设计为保障预定的数据通信容量。这种能力通常取决于分系统硬件和整个网络内的网络接线数。因而，在设计特定分系统或网络的早期阶段，有待解决的较关键的问题之一是终端用户对数据流容量的要求。无疑，分系统和网络可被设计成恰好处理任一预定的数据流容量。然而，在网络装定后，将会遇到的一个重大难题是事先未预料到的用户对数据处理需求的增加。

于是，当网络的数据处理要求超过预计的或设计的水平时，用户就必须或是寄希望于作昂贵的系统重新设计或是忍受减少的通信业务。

现代分系统另一个常见困难是：有时，在少量用户的高峰使用期，其余用户或是完全被拒进网络，或是遭到在人机工程学上所不能接受的延迟。

考虑到目前在诸如计算机、微计算机，电子邮政等领域中数据传输技术的增长趋势，对数据通信网络和其互连分系统的要求已提高到远远超过了预期的水平。这种技术增长趋势估计将继续超过现今通信网络的设计。

此外，许多这些网络的个体用户正在要求增加通信服务。而且，许多业务目前可用来给用户提供电子邮政，信息数据库之类的业务，例如

在财政金融、法律、商业、化学和为数众多的其他领域中就是如此。结果，愈来愈多的用户正面临以上所讨论的困难。

根据以上情况来看，很清楚，对这样一种分系统存在着日益增长的需求，这种分系统不仅可自动适应于数据通信流量而且是可低成本预先设计并适宜于模块扩展的分系统。

因而，本发明的一个目的是提供一种自动适应数据通信流量的分系统设备和一种利用这种分系统的方法。

这一目的至少在过去已经由具有许多各自自动调节所流过的数据流的装置的分系统予以部分实现，在那里，网络将提供一种装置以便自动程序控制纳入分系统中的新模块装置。

以下结合权利要求和附图所作的那些详细说明将使本领域的技术人员理解本发明的其它目的和优点。

图1是数据通信网络的方框图，该网络具有多个互连的分系统并具体体现了本发明的原理：

图2是图1所示的数据传输控制器的更详细的方框图;

图3是图1所示分系统的一个实施图;

图4是以固定数量外围接口装置和可变数量网络接口装置的处理时间为函数的分系统总通过量的图解说明;

图5图解说明了延迟特性与所提供的信息主通信量的关系曲线;

图6是由多微计算机结构分系统的各个微计算机所提供的机制的功能方框图;

图7A和7B是说明通信速率适应功能的状态图和相关联的状态表格;

图8A-8C说明通讯量分配功能的状态图和相关联的状态表格;

图9A-9F说明通信拥挤检测和控制功能的状态图和相关联的状态表格。

通常如图1中10所示并体现本发明原理的一个通信网络，包括多个互连到网络媒体14上的大体相同的分系统12，由此，在互连到各分系统12的外围设备16之间和之中建立通信交换。在一个实施例中，网络媒体14是一个数字转接网络例如国际电报电话公司的系统12（SYSTEM12）数字交换机。

在最佳实施例中，各分进统12包括一个或多个外围接口装置18，一个或多个网络接口装置20，一个或多个通路接口装置22。此外，分系统12中至少有一个还包含有一个网络控制接口装置24，它与一个系统控制装置26接口，这将在下面作更充分的讨论。系统控制装置26用来操作控制其中已作存贮的一个数据库28，尤其是通信网络10的全部操作通信协议。各个分系统12中的外围接口装置18，网络接口装置20，通路接口装置22和本实例的网络接口装置24，都由多处访问无主控争用总线30互连成一体，总线30具有冲突检测能力。争用总线30在下文中均称作为分系统内总线30，由它确定各分系统12中的全部装置18，20，22和24之间和之中的通信路径。于是，系统控制装置26经网络控制接口装置24可访问经由网络媒体14的各分系统12。

各外围接口装置18包括一个数据传输控制器32，它经由多个通用同步/异步收发器（USART）装置34与多个外围装置16接口。各网络接口装置20包括一个数据传输控制器32，它经由脉冲编码调制（PCM）接口装置36与网络媒体14接口。而且各通路接口装置22和网络控制接口装置24也包括这种数据传输控制器32。最好各分系统12是属于在同一日期提交并转给本发明的同一受让人的题为“通信分系统”的美国专利申请（序号）中所叙述和讨论的型式。这一申请通过引证而被体现在本申请中。各装置10，20，22或24的数据传输控制器32，基本上与整个网络10的各个其它数传控制器32是相同的。正如以下要充分讨论的，在各数据传输控制器32中的主要区别是其所赋予的通信量控制任务。各份系统12有一个完全分布的多微计算机结构。

图2是一个数据传输控制器32的较详细的方框图，控制器32包括一个外围接口控制器38，一个通信总线接口40，一部微计算机42和一个存贮媒体44，在最佳实施例中，外围接口控制器38适宜于服务按相同通信协议进行操作的多个外围装置16。这种外围接口控制器38包括一个通用外围控制程序和一个适宜于按各分立操作要求与各种外围装置16作交互通信的装置专用子程序。一个专门适用于提供这种业务的特定外围接口控制器38，已在同一日期提交并转让给本发明的同一受让人的题为“装置接口控制器”的美国专利申请（序号）中作了充分的讨论和叙述。这一专利申请通过引证而被体现在本申请中。

在最佳实施例中，通信总线接口40与具有冲突检测功能的无主控多处访问争用总线30接口。争用总线30具有更清楚地图示于图3的第一总线46，用来维持那里的数据传输，另外还有第二总线48，它不同于第一总线46，它单为冲突检测所用。

这种接口40和总线30的实例，已在1984年11月13日提交并转让给本发明的同一受让人的题为“无主控冲突检测设备”的美国专利申请（序号670682和670701）中作了叙述和讨论。这些申请将通过引证体现于本申请中。

微计算机42，最好包括一部微处理机50，一个只读存贮器（ROM）52，一个随机存取存贮器（RAM）54和一个装置56，后者提供诸如高级协议转换等本地业务，例如为提供通路功能有时偶尔需要作这种高级协议转换。微处理机50，只读存贮器52，随机存取存贮器54和装置56，经由微计算机42的本地总线58互连。微计算机42最好被直接连接到外围接口控制器38和通信总线接口40，仅用来分别经由传输线60和62交换中断和通道注意信令。微计算机42最好是由美国加利福尼亚州圣克拉拉（Santa    Clara）的英特尔（INTEL）公司制作和销售的80186微处理机之类的高容量的微计算机。这种微计算机42有足够的能力，来执行必要的单一协议转换和调节其中的数据通信量。给外部协议提供外围接口装置18的设备和方法，已在同一日期提交并转让给本发明的同一受让人的题为“执行通信协议转换的设备和方法”的美国专利申请（序号）中作了叙述和讨论。这一申请将通过引证被体现在本申请中。一个特别适用于本发明的网络10中的数据传输控制器32，已在同一日期提交并转让给同一受让人的题为“数据传输控制设备”的美国专利申请（序号）中作了叙述和讨论。这一专利申请通过引证被体现在本申请中。

在图3所示的一个最佳实施例中，按照上文提及的题为“通讯分系统”的美国专利申请（序号）的原理而设计的分系统12，包括有一个印刷电路板主架60，其上有装置62可用来装纳多块印刷电路板。印刷电路板主架60最好包含有刻蚀在其上的分系统内总线30。此外，各外围接口装置18，各网络接口装置20，各通路接口装置22和网络控制接口装置24，分别包括在分立的印刷电路板64，66，68和70上。因而，在这一实施例中，分系统12实质上是完全独立的并且对所有意向和用途都被预制为是可被模块扩展的。于是，任何按早先不可用通信协议进行工作的外围设备16都可简单地通过插进一块印刷电路板来提供，这块印刷电路板上载有新的仅专用于那个协议的外围接口装置18，因而各分系统12和整个网络10都可方便地扩展，无需对整个系统重编程序或重新设计。为执行任何特定通信协议转换，可提供一个以上的外围接口装置18，当然这取决于将被连接的具有相同通信协议的外围装置16的数量。于是，各分系统12包含有用来装纳附加外围接口装置18的装置62，从而附加的外围装置可被加到并互连到分系统内总线30。所以，正如以上所说及的，各分系统12包含有用来提供附加网络接口装置20的装置62，从而通过分系统12的总通信流量的能力可用模块方式增大。

图4以图表形式示出本实施例所产生的好处，从图中可以看出分系统总通过量（每秒钟的信息包数）与网络接口装置20之间每信息包的处理时间，外围接口装置18的每信息包的处理时间以及该分系统12内网络接口装置20的数目的比例关系。图5描述了各种延迟特性，它们与使用分系统内总线30提供的分系统内传输的信息包通信量有关，还与使用网络媒体14提供的分系统间传输的信息包通信量有关。

在一个最佳实施例中，网络10包含有一个用于进行分系统内数据通信和经网络媒体进行分系统间数据通信的一致通信协议，该协议存贮在数据库28中，供装入到任何外围接口装置18或被引入网络10的任何网络接口装置20的数据传输控制器32的随机存取存贮器54中。

在一个实施例中，系统控制装置26可以是个人计算机（或功能等效的装置），它具有存贮在软盘等上的数据库28。系统控制装置26用于监视每个分系统12中各个装置18，20和22的状态。按照每个数据传输控制器32的只读存贮器52的预编程序部分，启动对新近插入装置的装入，因插入装置62，控制器32向系统控制装置26报警。系统控制装置26再把适当的软件程序装入到随机存取存贮器54中，在装置18，20或22的监视期间，系统控制装置26保证新近插入的装置18，20或22已被该分系统12的余下部分所承认。实现程序装入的这一程序设计不超出通晓软件技术的那些人的技术。

图6给出了主通信量控制机制的功能方框图。从图6可以了解，由于每个分系统12具有多微计算机分布式的特征，借助一个公共数据传输控制器32，可对每个这种控制器32只提供其操作所必需的那些功能。例如，每个外围接口装置18具有与分系统内数据传输和用外围设备16进行数据传输有关的那些功能，但不具有与通过网络媒体14的数据通信量有关的那些功能。然而，鉴于数据传输控制器32的共同性和分布性，而提供了一致的嵌套分层通信协议，提供这样一致的网络范围的通信协议，将进一步增强由各装置18、20和22（从而各分系统12）进行自主通信控制的能力。通信协议最好依据国际标准化组织的开环系统互连模型（下称OSI-ISO），并由此提供前三级业务。如图6所示，除72指定的正常业务外，还给每个数传控制器32提供速率适配74，通信量分配76和拥挤检测和拥挤控制78的功能。

正常业务利用总线接口40和外围接口控制器38有效地独立访问每个数据传输控制器32的存贮媒体44，以便按要求动态地分配媒体44。因此，在各分系统12内经任何存贮媒体44传输信息的每个通道，都是按瞬时要求而不是按固定块来分配存贮器的。因此，在许多情况下可避免拥挤，这种拥挤常是因为超出被分配的存贮器固定块而造成的，但在此时存贮器的其他预先分配的固定块都是空的或只有部分充满。

速率适配功能74在整个网络10的每个外围接口装置18处，被装入到各数据传输控制器32中，最好，速率适配功能74，按照由图7B所示的状态表绘制的图7A所示状态机构图来实现，并符合如下的定义：

速率适配：变量定义

检验速率适配：指示虚拟线路业务设备请求的标记，看是否要求速率适配。

要求速率适配：由过程的速率适配分析来置位/复位的内部标记，用来指示是否要求速率适配。

V：信用量的数量，

T：发出信用量的周期，

速率适配：分配到每个逻辑通道序号的标记，指出在这个虚拟线路上是否要求速率适配。

信用量：在某一时间内允许传输的信息包数

速率适配：过程定义

等待：等待启动判定条件得到满足。

速率适配分析：完成数据分系统速率D，源发送速率E和目的地吸收速率A的比较，看是否要求速率适配。

传送至通用同步/异步收发器：将速率适配参数V、T发送到一指定的通用同步/异步收发器实体。

启动速率适配定时器：第一次启动速率适配定时器，以后的复位由适宜的路径选择设备来完成。

速率适配功能74使快速的数据速率源和慢速的数据速率目的地之间的数据传输速率均衡。这样一个功能可更有效地利用整个网络10的所有通信链路。

最好，按照由图8B和8C的状态表绘制的图8所所示的状态机构图来实现通信量分配功能76，并符合下列词典的要求：

网络接口装置通信量分配：

变量定义

输入信息包：用状态机构指示信息包接收的标记

查找链路请求：置位该标记用来指示由虚拟线路业务设备查找到达另一分系统的虚拟链路的请求。

信息包类型：指示本状态机构内部的信息包类型的一个变量，可以是通信量报告或网络接口装置响应。

定时器T₁终止：指示定时器T₁已终止的标记。

网络接口装置通信量分配：

过程定义

等待：等待启动判定条件得到满足的过程。

信息包分析：确定输入信息包类型（本状态设备内的），即通信量报告或网络接口装置的响应。

产生信息包：形成一个链路请求信息包。

传输信息包：请求总线30将信息包传输到总线30上的所有网络接口装置。

启动定时器T₁：启动定时器以便限制网络接口装置的无效等待。

停止定时器T₁：停止由启动定时器过程启动的T₁网络接口装置响应定时器。

通知服务：通知虚拟线路业务设备，具有所需虚拟链路的网络接口装置的标志或没有找到虚拟链路。

更新表格：以通信量报告收到的信息更新网络接口装置通信量表格。

释放信息包：冲洗与信息包有关的缓冲器，并将它们返回到自由缓冲器。

通信量分配功能76，例如跨接网络媒体14各对应边上的各网络接口装置20，依赖于经分系统内总线30互连的各数据传输控制器32之间的状态报告。这个报告允许识别一个分系统12中具有最小加载的网络接口装置20。为了在有关分系统12的网络接口装置20中均匀地分配负荷，要在每个分系统12的最小加载网络接口装置20之间建立一条新的虚拟链路。

拥挤检测和控制功能78要装入到每一个数据传输控制器32，并且最好按照由图9B-9F的状态表格绘制的图9A所示的状态图来实现，并符合下列词典的要求：

拥挤检测和控制：

变量定义

下列定义描述了在状态机构转换表中使用的拥挤检测和控制的变量和过程。

T₁：节制输入通信量的阈值。

T₂：节制所有输入链路的阈值（此处T₂＜T₁）。

T₃：放弃帧的阈值（此处T₃＜T₂）

b_自由：代表全部处理机的自由缓冲器，由缓冲器地址分配/重新分配子程序实时更新这一变量。

b_自由改变：指示改变缓冲器资源的过程。缓冲器的地址分配和重新分配是促成b_自由改变的算法。

正常模式：处理机总是以正常模式运行，除非拥挤检测算法表明资源处于拥挤状态（例如节制输入，放弃输入或放弃一切），在这种状态下，所有系统源可共享。

启动定时器t₁：在一节流信息包送到所有通用同步/异步接发器链路上之后，启动定时器。其目的在于节流信息包将只中断通信源t毫秒（这里t＜t₁）。在t₁毫秒后，自由的处理机缓冲器仍在值（T1）以下，处理机发出另一节流信息包去重新节制通信量源。

启动定时器t₂：在节流信息包发送到所有通用同步/异步收发器链路和分系统内总线链路之后，启动定时器。其目的在于节流信息包将只中断通信量源t₂毫秒，在t2毫秒后，自由的处理机资源仍在阈值以下，处理器将发出另一节流信息包重新节制通信量源。

启动定时器t3：在处理机进入放弃帧模式后启动定时器。在t3毫秒后，自由的处理器资源将发生转换，以便释放输入，节制输入或节制所有帧状态。

定时器最大：能够接受的最大暂停次数。

定时器计数：一个变量监视节制所有帧等待暂停的次数。

定时器无：一个变量监视放弃等待暂停的次数。

移行误差：拥挤：将报告由于超出误差阈值而产生的时间误差。接收报告时，将有选择地中断虚拟线路。

共享缓冲器：当处理机资源处于节制输入或节制所有帧模式时，在所有通用同步/异步收发器通道中可共享一组缓冲器。这些缓冲器没有指定给任一特定通用同步/异步收发器通道。每当通用同步/异步收发器发送一帧时，控制器32将缓冲器外中断指令送到本地处理机，本地处理机将把适当的缓冲器分配到正在中断的通路。每当通用同步/异步收发器又一次重新发送帧时，接收通路将随时可以接收帧。总之，此想法是在拥挤期间在16个通用同步/异步收发器通路中共享有限的缓冲器。

拥挤检测和控制：

过程定义

放弃帧：每当变量接通时，不存在指定给1这一级缓冲器空间的缓冲器。指定给分系统的任何帧，无疑都将因缺少缓冲器而被放弃。

节制通用同步/异步收发器：一个流水号（RNR）帧被送到所有的通用同步/异步收发器通路。节制是基于虚拟链路，而不是基于虚拟线

路。

节制总线：一个程序将基元传送到总线30。在接收到基元时，总线30向所有链路发送一广播节流信息。

释放通用同步/异步收发器：一个基元发送到通用同步/异步收发器。在接收到基元时，通用同步/异步收发器发出重复速率（RR）帧，以清除忙碌状态。

在最佳实施例中，系统中第一次拥挤被确定为向数据传输控制器32提供通信量的工作点，在数据传输控制器32中，存贮媒体44中可利用的自由缓冲器，接近全部使用状态。如果要继续增加提供的通信量，则那个数据传输控制器32的性能将会降低，这里由于没有足够的存贮器，而丢失信息包，同时，潜在的死锁情况也可能发生。因此，信息拥挤检测包括：相对三个阈值，监测存贮媒体44中自由缓冲器的规模。当该缓冲器的规模在第一个阈值以下时，则拥挤控制机构节制新的输入通信量;当缓冲器的规模处于第二阈值以下时，则传输通信量被节制。在第一种情况中，虽然输入通信量被节制;但由于试图为那些已作部分服务的信息包提供业务，因此传输的通信量未受影响。

如果自由缓冲器的规模处于第三个阈值之下，则虚拟电路被破坏，信息包可能被废弃。对于外围接口装置18，输入通信量来自外部的外围辅助设备16，而传输的通信量来自分系统内总线30，网络接口装置16具有来自分系统内总线30的输入通信量，以及来自网络媒体14的传输通信量。

上述分系统12响应对与通信网络10相连的分系统12的低成本扩展的日益增长的要求，而避免了整个系统的重新设计。于是，在任意给定的分系统12中，事实上某些信道负荷量比其它信道大，而且又不能预先决定那条信道的负荷量是最大的，此外，负荷量最大的信道的位置是变化的，这不影响现有的分系统12。这就是说，通过分系统12，（尤其是具有许多网络接口装置20的分系统12）的通信流量，由其中的每个网络接口设备20自主地并自动地进行分配。

这里所描述的通信系统10可适用于几乎任何类型的网络。这种应用的实例可在美国专利申请（序号，，）中找到，其标题分别为“为线路切换交换机提供数据业务的系统”，“数据通信网络”和“综合业务的语声/数据系统”，这些申请与本申请全在同一日期提交，并转让给同一受让人。这些专利申请以引证参考的形式体现在本发明中。所被引用参考的专利申请（序号），其标题为“为线路切换交换机提供数据业务的系统”，它描述并讨论通过数据业务的辅助设备向线路切换交换机的用户提供数据业务的问题。其中所述的数据业务辅助设备基本上与具有多微型计算机结构的自主式的分系统口兼容。所引用参考的专利申请（序号，），其标题分别为“数据通信网”和“综合业务的语声/数据系统”，它们分别描述和讨论纯数据网络和综合的全面业务的语声/数据网络，这些网络都可被设计成包括有体现本发明原理的自主式分系统。

对本设备已参考特定的典型实施例作了描述，而且不打算将本发明限制于此，在不背离本发明的精神实质和范围的情况下，可形成其它配置和组合。本发明仅受附录权利要求和其合理解释的制约。

Claims (15)

1、在整个多分系统的数据通信网络中进行通信量控制的设备的特征在于：

多个与该网络的每一个分系统相联的网络接口装置，该网络的全部接口装置基本上是相同的，每个接口装置包括：

监视数据流通过的装置，该装置具有多个预先选定阈值的数据流速率等级；

在上述数据监视装置中，当数据流的阈值被超过时用来产生一种信号的装置；

对所产生的信号作出响应，用于传送新意图，以便把所通过的数据发送给同一分系统内的另一个网络接口装置的装置。

2、权利要求1中所要求的设备还包括：

在每个上述分系统内，用来增加分系统中上述网络接口装置的数目的装置，从而增加通过该分系统的总通信能力。

3、权利要求2中所要求的设备还包括：与上述分系统之一相联的装置，它采用系统统一的网络通信协议，来给每个新网络接口装置编程序。

4、权利要求3中所要求的设备还包括：

在每个网络接口装置里均有一个预编程序的存贮器，它将协同程序编制装置把由程序编制装置控制的数据库中的通信协议装入到新网络接口装置的一部分中。

5、用来控制流经一个数据分系统的数据通信量的设备，此分系统具有多个网络接口装置，与一个共用网络通信总线相连接，该设备的特征在于：

分配流经网络接口装置的数据通信量的装置，该分配装置能自动适应于流经每个网络接口装置的数据通信量;

能对上述分系统的数据通信量作出响应，用来调用每个网络接口装置里的数据流控制通信协议的装置。

6、权利要求5中所要求的设备还包括：

通过共用分系统通信总线与许多网络接口装置相互连的多个外围接口装置，由此任何外围接口装置都能与任何网络接口装置通信，并且来自外围接口装置的数据通信量也可通过上述网络接口装置来进行分配。

7、权利要求6中所要求的设备还包括：

与每个外围接口设备相联用来控制流经分系统的数据通信量并对数据流控制通信协议作出响应的装置，进而可均匀一致地减少分系统和所有与其相连的外围装置之间的数据通信量。

8、权利要求5中所要求的设备还包括：

将附加模块网络接口装置纳入分系统的装置。

将附加模块外围接口装置纳入分系统的装置。

9、权利要求8中所要求的设备还包括：

包括可在上述分系统中运行的所有通信协议的数据文件;

将通信协议装入任一附加网络接口装置的装置，从而上述附加网络接口设备能在分系统里工作。

10、具有许多与一个网络媒体互连的分系统的通信网络，该网络的特征在于：

至少一个与各个分系统相联的外围接口装置;

至少一个与每个分系统相联的网络接口设备;

与每个分系统相联的分系统内总线，每条分系统内总线在所有外围接口设备和所有上述分系统的网络接口装置之间均建立一条通信通路;

多个数据传输控制器，每个外围接口装置和每个网络接口装置均有一数据传输控制器与之相连;

与每个数据传输控制器相联用来适应数据流速率的装置;

与每个数据传输控制器相联用来利用各分系统分配流经相同装置的数据通信量的装置;

与每个数据传输控制器相联用来检测和控制数据通信拥挤现象的装置。

11、控制流经通信网络的分系统（该分系统有许多网络接口装置）的数据流的方法，此方法的特征在于下列步骤：

在每个网络接口设备上提供一个具有预定数据流阈值的数据传输控制器;

当一个网络接口设备产生一个上述信号时，将所有对上述装置的新的数据输入请求传送到分系统内的另一个网络接口装置中;

根据上述其他任何一个网络接口装置产生的第二个上述信号，减少流经分系统所有网络接口装置的数据流。

12、权利要求11中所要求的方法还包括下列步骤：

提供一个装有分系统内部-网络的通信协议的数据库，对于每个网络接口装置来说，上述通信协议是一致的;

将附加网络接口设备放进上述分系统;

把数据库中的上述分系统内部-网络通信协议加载到附加网络接口装置的预选存贮器中，从而通过分系统的总数据流容量被扩大。

13、权利要求12中所要求的方法还包括下列步骤：

给上述网络的每个网络接口装置提供一个相同的程序存贮器，故在上述整个网络中分系统内部-网络通信协议是一致的。

14、权利要求11中所要求的方法还包括下列步骤：

将许多外围接口装置与上述每个网络接口装置互连。

15、权利要求14中所要求的方法还包括下列步骤：

根据上述网络接口装置的数据流减少步骤，减少流经上述每个外围接口装置的数据流。

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