TW527796B - ATM communication system for improving UTOPIA communication interface and method therefor - Google Patents

Description

527796 五、發明說明（1) [發明之技術領域] 本發明係有關於一種ATM通訊系統與方法，更明確地 說明，本發明是一種實施於非同步傳輸模式 (Asynchronous Transfer Mode，ATM)下的通訊系統與 方法，尤其是對網路通訊協定架構ATM層一PHY層之間的 標準U T 0 P I A通訊介面之改良方法。 [發明背景與習知技術] 協定（Protocol )就像是一種語言，經由特定的通訊 協定可以讓資訊在雙方之間傳送。協定是以分層方式處理 以及由低層次提供給高層次服務，而為了各層間可相互傳鲁 送資料，二者必需要能了解彼此的協定。因此，協定在數 據通訊上扮演了重要的角色，一但缺乏協定，那麼各個使 用者之間就無法溝通了。 協定的内容是由協定架構制定，最著名的是七個層次 的開放系統相連參考模型（Open System Interconnect Reference Model ，OS I RM ) ，ATM基礎參考模型主要架構 於0SIRM中的實體層（Physical Layer)與資料鏈結層 (Data Link)。請蒼見圖一所示，為ATM基礎參考模型的 架構圖，ATM基礎參考模型架構主要分為：ATM實體層1 01 · (Physical Layer ，PHY) 、ATM 層102 (ATM Layer 5 ATM )、ATM 調適層 103 (ATM Adaptation Layer，AAL)以及 其他較高層104。UTOPIA (Universal Test & Operation PHY Interface for ATM )105 主要是使用於ATM 層 1 02 — PHY層1 01之間的標準通訊介面。

01P0182.ptd 第4頁 527796 五、發明說明（2) 在ATM基礎參考模型中，PHY層1 01相當於OSIRM的實體 層，主要是提供ATM層1 02資料單元的傳輸通道，將ATM層 1〇2傳來的資料單元加上管理位元（Overhead)後形成連 續的位元流，並在接收到媒體傳來的連續位元流後取出有 效的資料單元傳給ATM層102 °ATM層102與AAL層103結合， 相當於0 S I R Μ的資料鏈結層，係負責網路之連結建立和資 料單元傳輸。AAL層1 03與ATM層1 02結合，相當於〇S IRM的 資料鏈結層的一部份，其中AAL層1 0 3負責將較高層協定的 封包適配（Adapt )到ATM層1 02資料單元中。其他較高層 1 04負責接收用戶資料，經過分封之後再送至AAl層1 03。 你 ATM主要處理早位是資料早元（Cell)，在ATM標準之 中，資料單元係長度為5 3個位元組的固定大小，其中有5 個位元組是頭攔（Header)部分，48個位元組是載荷 (Pay load )部分。在資料單元中的每個位元是以連續串 流的方式在傳輸路徑中傳送，資料單元會對應到一個實際 的傳輸路徑。 標準UTOPIA通訊介面105主要是使用於ATM層102 —PHY 層1 0 1之間的通訊介面。ATM層1 〇 2利用輪詢（p〇 1 1 i ng )方 式詢問PHY層101 ，以獲得是否需傳送或接收資料的回應信 號後’再將貨料傳送出去或接收進來。 UTOPIA的工作模式可分為Level 1和Level 2兩種。 UTOPIA Level 1的工作模式為1ATM—1PHY，如圖一所示； 而UTOPIA Level 2的工作模式分為四種（i)i atm—1 PHY (2)1 ATM - Multi PHY (3) Multi ATM -1 PHY ( 4 ) m a

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01P0182.ptd 第5頁 527796 五、發明說明（3)

Mu 11 i ATM — Mu 11 i PHY。然則，現今在市面上有提供 UTOPIA Level 2介面的晶片大多僅支援1ATM - Multi PHY，故現在就以UTOPIA Level 2 ( 2 ) 1 ATM —Mul ti PHY 為例來加以說明標準U T 0 P I A通訊介面技術。 請參見圖二，係顯示習知技術中標準UTOPIA Level 2 通訊介面在1ATM—Multi PHY之間，ATM層102在傳送介 面的化5虎。ATM層102在傳送（Tx)信號方面有TxClk、

TxAddr、TxEnb、TxData、TxS0C 提供給 Multi PHY 層 101 ; Multi PHY層101在傳送信號方面則有TxClav至ATM層102。 其中，丁xC lk ·· ATM層102送出同步時脈使得Mult i PHY層 1 01與其同步；TxAddr : 5個位元寬度的定址位址，由ATM 層102送出以對PHY層101輪詢或與TxEnb合併作用對PHY層 101作傳送指定；TxEnb : ATM層1 02送出之致能信號 (Enable )，用以指示ATM層102資料單元傳送的狀態，並 和TxAddr合併作用以作PHY層101的傳送指定；TxData : ATM層1 02傳送資料至PHY層1 01的通道；TxSOC ··資料單元 起始位元之指示信號；TxClav : PHY層101用以回應ATM層 1 0 2輪詢的信號。 請參見圖三A ，係顯示習知技術中標準UT0P Ι Α通訊介 面傳輸信號之時序圖。在1ΑΤΜ -Mul ti ΡΗΥ傳送時序圖 中’當A T Μ層1 0 2在傳送資料的同時會利用輪詢方式，詢問 每一個ΡΗΥ層1 0 1裝置是否可以接收資料，此時，atm層 102是以TxAddr信號指定輪詢的phy層1〇1裝置，被詢問到 的PHY裝置便會在下一個時脈（Clock)以TxClav回應其可

01P0182.ptd 第6頁 527796 五、發明說明（4) 以接叉資料單元的狀態至A T Μ層1 0 2，如此，a T Μ層1 0 1每隔 ，個時脈就可以輪詢一個ΡΗΥ裝置。然後ΑΤΜ層1〇1即可以 藉其輪詢蒐集到ΡΗΥ裝置的狀態，以作為依據來決定資料 單元的傳送（利用TxEnb、TxAddr、TxSOC、和TxData )， UTOPIA即藉此完成資料單元的傳送與流量控制。 請再參見圖二，係顯示習知技術中標準UT〇piA Levei 2通訊介面在1ATM—Multi PHY之間，ATM層102接收介面 的h號。ATM層1 02在接收（Rx )信號方面有1 k、

RxAddr、RxEnb 提供給Multi PHY 層 101 ;Multi PHY 層 101 在接收信號方面則有RxData、RxS0C 、RxClav至ATM層 102 °RxClk: ATM層102送出同步時脈使得Multi PHY層101 與其同步；RxAddr :5個位元寬度的定址位址，由atm層 102送出以對PHY層101輪詢或與RxEnb合併作用對PHY層1〇1 作接收指定；Rx En b : AT Μ層1 0 2送出致能信號，用以指示 A Τ Μ層1 0 2資料單元接收的狀態，並和r x a d d r合併作用對 PHY層101作接收指定；RxData : ATM層102接收PHY層101資 料的通道；R X S 0 C :資料單元起始位元之指示信號；

RxClav : PHY層101用以回應ATM層102輪詢的信號。 請參見圖三B ，係顯示習知技術中標準UTOPIA通訊介 面接收信號之時序圖。在1ATM—Multi PHY接收時序圖< 中，如同傳送時序中的輪詢機制，ATM層1 〇2利用輪詢 (Pol 1 ing )方式，詢問每一個PHY層101裝置是否有資料 要傳送，而Ρ Η Y層1 0 1便以Rx C 1 av信號回應，每兩個時脈就 可以輪詢一個PHY裝置。然後ATM層1 02即可以藉其由輪詢

01P0182.ptd 第7頁 527796 五、發明說明（7) I入nterface)，此虛擬UT〇piA通訊介面透過將標準叮 η面的時序機制加以精確的調整改良，以 面的ATM裝置可以輕易的透過另一古表叉杈本^月"

Utopia m裝置介接，俾媒介和標準 狀 1早便衣置與標準UTOPIA PHY 衣置間猎=一高速傳輸媒介，可以最經濟的方式（不用引 入任何額外的緩衝裝置）得到該架構 遲滯）的傳輸效果。 取有政羊（取小傳輸 [發明概述] 片透技術令，若要使原本直接介接的UT0PIA〜 準υτοίτΐ-:?!輸媒介介接，貝1]高速傳輸媒介會破壞標 = UT〇pIA面的4序機制的問題（在高速傳輸介面的兩端 都a块j破壞）。本發明觀察此種傳輸架構之特性得知， 雖然目丽各種高速傳輸技術的時序機制和傳輸遲滯 (Transmission Delay)各不相同，但其傳輸遲滯皆具固定 於一有限的範圍之特性（Fixed Transmissi〇n DeUy)。故 田支援‘準UTOPIA ATM介面的晶片和支援標準u T〇p j a ρΗγ 介面的晶片經由高速傳輸媒介介接時，本發明針對該傳輸 媒介的特定傳輸遲滯去改變ΑΤΜ晶片原本的標準UT〇pu時 序機制與行為模式（Behavi〇r)成為虛擬uT〇pu介面，MM 晶片可，傳輸媒介造成的傳輸遲滯補償（c〇mpensate)回< 來’使得在該高速傳輸媒介的另外一端_標準υτ〇ρι Α ρΗγ 通訊介面的晶片和該高速傳輸媒介之間的介面仍然維持標 準UTOPIA通訊介面。如此一來，具有虛擬UTI〇piA通訊介 面的A T M a曰片就可以不需要任何其他的裝置如緩衝器等，

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PHY晶片介 而透過咼速傳輸媒介直接和任何標準的U τ 〇 p i a 接。 由於虛擬UTOPIA通訊介面不需要緩衝與信號再造之裝 f，亦不需要其他任何的輔助裝置，故除了高速傳輸媒介 身所造成的傳輸遲滯以外不會再增加其他的傳輸遲滯， 如此即達成在這種傳輸架構（υτ〇ρι A介面透過另一高速傳 =媒=介接）下最有效率（M〇st Ef f icient)也就是最短傳 兩遲滯（Minimum Transmission Delay)的效果。

▲本舍明所提出的虛擬UTOPIA介面讓ATM裝置可以透過 向速傳輪媒介直接和任何具有標準υτ〇ΡΙΑ ρΗγ介面的裝 ，介接。而ATM裝置和ΡΗΥ裝置不透過高速傳輸媒介就直接 二接的情況可視為此虛擬UT〇PIA介面的特例（高速傳輸媒 介的傳輸遲滞為〇)。故此虛擬UT〇piA介面為標準叮卯丨八介 面之超集（Superset)。 真本發明虛擬U T 0 P I A通訊介面的A T Μ通訊系統與方法之 優點與特徵將從下述詳細說明及所附圖式中得一 瞭解。 ^ [圖式標號說明]

――緩衝裝置中具有標準UTOPIA ΡΗΥ通訊介面 12 緩衝裝置中具有標準UTOPIA ATM通訊介面 13 ----標準UTOPIA ATM裝置 10、14----高速傳輸媒介 15 標準 UTOPIA PHY 裝置 16 ----虛擬UTOPIA ATM裝置

第11頁 527796 五、發明說明（9) ' 101 ATM 實體層（PHY ) 102 ——ATM 層(ATM ) 103 --- ATM 調適層（AAL ) 104 其他高層（Higher Layers) 105 --- 標準UTOPIA通訊介面 [發明之詳細說明] 標準UTOPIA通訊協定定義了非同步傳輸模式中穿 置與PHY裝置間雙向的資料傳輸的方式，其定義了兩種^ 置間的信號的名稱、用途、流量控制機制、資料單元交換 ，制’及這些機制作用時信號間的時序關係（請參照發&明、· 背景之敘述）。直接介接的ATM裝置及PHY裝置就是藉^這 些信號並依據標準UTOPIA通訊協定定義的時序機制9才能^ 確的傳送/接收資料單元。 此 當支援標準UTOPIA通訊介面的ATM裝置和ΡΗγ裝置藉由 另 同速傳輸媒介介接時，該傳輸媒介的傳輸遲滯會使得 Α$Μ裝置和ρΗΥ裝置間的信號無法符合標準UTOPIA時^，本 發明遂提出一種改良標準UT0PIA通訊介面的通訊系統與方 法以克服此問題。一種虛擬UTOP I A通訊介面揭露於本專利 技術中，此虛擬UTOPIA通訊介面並不改變標準utopia介面 勺原么7仏號用途及定義，而是藉由精確的調整U TOP I A介面春 各2信號相對間的動作時序來達成目的。此虛擬UTOP I A通 訊介$能解決ATM層與ΡΗγ層之間透過高速傳輸媒介傳輸信 被的時序問題，使ATM裝置與ΡΗΥ裝置之間能以最短的信^ 傳輸遲滞獲得最有效率的資料傳輸。且虛擬UTOPIA介面所

527796 五、發明說明（ίο) 提出的時序機制調整的方法不論UT〇piA Level 1或Levei 2皆可適用。 4參見圖五’係顯示本發明通訊系統介於ATM層—phy 層 之間的系統方塊圖。本發明通訊系統在Atm層—phy層之間 透過局速傳輸媒介介接，其中係保留ρΗγ裝置丨5中ATM Forum所制定的標準叮〇1)1人通訊介面，而將ATM裝置13中標 準UTOPIA通訊介面改良為虛擬utopia通訊介面。 以傳送方向（Tx，即ATM裝置1 6對PHY裝置15傳送資料） 而吕’在圖五中B點，也就是高速傳輸媒介丨4靠近ρΗγ裝置· 15這一端’由於所有由ATM裝置丨6送給ρΗγ裝置丨5的信號都 經過相同的傳輸遲滯，假設Α點至β點或β點至Α點的傳輸遲 滯為T個時脈，則雖然由ATM裝置丨6送出的那些信號由a點 傳到B點時已經歷了 τ個時脈的遲滯時間，但其相互間的時 序關係會維持不變，再加上由PHY裝置15送出的丁xClav， 在B點的所有信號都是符合標準UT〇piA介面的時序。但在A …、占^ A Τ Μ I置1 6以Τ X A d d r送出輪詢的位址後卻無法如同 標準UT OP I A時序般立即在下一個時脈就收到ρΗγ裝置丨5的 回應k號（TxC 1 a v)，因為其送出的位址會先經過τ個時脈 的遲滞才到達B點，而後PHY裝置收到位址信號才送出 TxC 1 av的回應信號，而這個回應信號又要經過一次τ個時 脈的遲滯才能傳回Α點，此時這個信號回應到ΑΤΜ裝置的時 間已經比標準UT OP I Α介面所規範的時序慢了 了*2個時脈的 時間了。故本發明將標準UTOPIA傳送介面的輪詢機制中輪

01P0182.ptd 第13頁 527796 五、發明說明（11) 詢位址TxAddr與PHY裝置15的回應信號TxClav的相對時序 遞延T*2個時脈，則在ATM裝置16傳送資料給PHY裝置15的 方向上的問題即可解決，此即虛擬UT〇piA介面的傳送 時序。 以τ=ι為例，如圖六所示，係虛擬UT〇piA的傳送（丁χ， Transmit)機制的時序。將圖六與圖三人仔細比較，即可發 ，虛擬UTOPIA的傳送介面和標準UT〇piA的傳送介面輪詢機 =的時序有所不同。虛擬UT〇piA的輪詢位址（TxAddr)和輪 ⑶的回應信號（TxClav)間的相對時序比標準UT〇pu介面遞 ^ 了 2们打脈。這2個時脈就是虛擬UT〇pia介面作用以補償| ;ompr二)高速傳輸媒介上一來一回所造成的傳輸遲、 二古Ϊ Hi 時序調整，ATM裝置和phy裝置雖然透過另 制：i的；m, y然：=υτ〇ρΐΑ流量控制的機 抹 使貝枓早凡在兩者間正確的送收。

^ ^ ^ ^ ί .PATM ft 4 f^PHY

PHY Ψ Ψ ^ ^在β』，也就是傳輸媒介和UTOPIA 臨和傳送方向相同的門j UA點’輪詢的機制也會面 送介面相同的時，本發明可以用和虛擬UTOPIA傳 ^ 了序钱制來解決這個問題。 爆 然而除此之外，拉丨> 士 t k X 面中不會發生的問％妾收方向的"面會遇到一個在傳送介 及TxSOC是同一個傳、、、/在傳迗介面中由於TxEnb和TxData 傳輸媒介而受影燮=方向，彼此之間的相對時序不會因 曰但在接收介面中，RxEnb和RxData及 01P0I82.ptd 第14頁 527796 五、發明說明（12)

RxSOC的傳送方向不同，當RxEnbAATM裝置送到ΡΗγ裝置 時’其已經過Τ個時脈的傳輸遲滯，而後ΡΗΥ裝置接收到 RxEnb並開始送出RxData和RxSOC信號，這些信號又會經過 T個時脈的傳輸遲滯到達ATM裝置，此時對ATM裝置而言， 這些RxData和RxSOC信號已經比標準UTOPIA的時序晚了 τ*2 個時脈。故本發明將UT0PIA接收介面資料傳送機制中的

RxEnb與RxData、RxSOC的相對時序遞延T*2個時脈，則這 個問題就可以得到解決，此即虛擬υτ〇ρ丨Α介面的接收 時序。 以τ = ι為例，如圖七所示，係虛擬UT0PIA的接收（Rx，罐丨 Receive)機制的時序。將圖七與圖三b仔細比較，可以清 疋赉現，虛擬U Τ 0 P I A接收介面的輪詢機制的時序和標準 UTOPIA介面有所不同，但和虛擬utopia傳送介面相同。除 此之外’虛擬UTOPIA接收介面的RxEnb、RxSoC、和RxData 間的相對時序也比標準介面遞延了兩個時脈。藉著這兩種 時序的調整，ATM裝置和PHY裝置的接收介面雖然透過傳輸 媒介介接，但仍可以使UT0PIA的流量控制機制和資 的收送正確的動作。 、 如圖六與圖七所示，可清楚的顯示出本發明與習知技 術的不同點，當ATM裝置16送出輪詢的位址信號” 彳 (TxAddr/RxAddr)後，PHY裝置15已經不是在相鄰的時脈 回應位址信號，此時若為原來的標準UT〇p丨A通訊介面， ATM裝置1 3將接收到錯誤的回應的信號，然而本發明之虛 擬UTI0PIA通訊介面卻可以避免這種錯誤而使ATM裝置16仍

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然收到PHY裝置1 5正確的回應信號。 另外’在致能信號（TxEnb/RxEnb )方面。當ATM妒置 16在傳送資料（TxData)至？}^裝置15結束後，其會送&出 一致能信號TxEnb與TxAddr配合來選擇指定phy裝置%的位 址，此時不管是標準或虛擬UT〇pIA通訊介面工作方法皆= 同0 而言目前有許多不 術和媒介會造成不 介面可以處理的傳 ’也就是說不論使 滯是在一有限的範 設定（Program)好， 遲滯造成的問題。 裝置可以透過一傳 介接，只要該傳輸 内。而當傳輸遲滯 於標準UTOPIA介面

由於以傳輸媒介 用，而不同的傳輸技 本發明讓虛擬UTOP I A 式」（Programmable) 技術，只要其傳輸遲 將該傳輸遲滯正確地 面就可以處理該傳輸 此虛擬UTOP I A介面的 標準UTOPIA PHY裝置 在一有限的特定範圍 擬UTOPIA介面即等同 同的傳輸技術可 同的傳輸遲滯，故 輸遲滯為「可調整 用何種傳輸媒介與 圍内，本發明只需 則虛擬UTOPIA介 也就是說，讓支援 輸媒介直接和任一 媒介的傳輸遲滯是 設定為” 0 ”時，虛 /由以上說明可知，虛擬UT0PIA介面主要是因應實際通 讯糸統中可能會產生的傳輸遲滯去改變標準UT0PIA介面的 時序機制，以達成最具經濟效益和傳輸效率的效果。至於丨 介面中各種信號的用途和數目都維持和標準UT0PIA介面一 致。故不論是UT〇PIALevel丨或Level 2，都可以使用這 種方法，無論系統的架構是i ATM y PHY，1 —Multi PHY, Multl ATM-i PHY，或是 MuUi atm—州都

527796 五、發明說明（14) 可以使用這種介面 在詳細說明本發明的較佳實施例之後，熟悉該項技術 人士可清楚的瞭解，並在不脫離下述申請專利範圍與精神 下I進行各種變化與改變，而且本發明亦不受限於說明書 之貫施例的實施方式，例如，在ATM基礎參考模型的AAL層 ATM層之間並無界疋標準通訊介面，而習知技術中亦有將 標準UTOPIA介面作為AAL層-ATM層之間的標準通訊介面， 因此’本發明ATM通訊系統與方法亦可實施為層- ATΜ層 之間的通訊介面，俾使ATM裝置可與AAL層的AAL裝置介 接。 [發明功效] 根據本發明較佳實施例所實施的虛擬U T 0 P I A通訊介 面’其解決了標準UTOPIA通訊介面因ATM裳置與PHY裝置間 南速傳輸媒介而導致信號間彼此傳輸時序及辨識的問題。 將虛擬U T 0 P I A通訊介面架構於晶片模組中，可以使通訊系 統省略習知技術中的緩衝裝置，信號傳訊時間亦變的更 快、更有效率，且節省電路板的空間，並使得系統成本和 系統架構（System Architecture)的複雜度有效的降低， 有助於產業界的利用。 綜上所述，本發明具有諸多優良特性，並解決習知技鲁 術在實務上與應用上之缺失與不便’提出有效之解決方 法，完成實用可靠之系統，進而達成新穎且附經濟效益之 價值，實已符合發明專利之申請要件，懇請鈞局能予詳 番並賜准專利權盈保卩早’以優惠民生貫感德便。

527796 圖式簡單說明 圖一為ATM基礎參考模型架構圖。 圖二為習知技術中標準U Τ Ο P I A通訊介面傳送/接收^古 號之方塊圖。 圖三A為習知技術中標準UTOPIA通訊介面傳送信號之 時序圖。 圖三B為習知技術中標準UTOPIA通訊介面接收信號之 時序圖。 圖四為習知技術中介於ATM層一PHY層之間高速傳輸媒 介引入緩衝裝置的系統方塊圖。 圖五為本發明通訊系統介於ATM層一PHY層之間的系統_ 方塊圖。 圖六為本發明虛擬uTOP I A通訊介面傳送機制之時序 圖。 圖七為本發明虛擬UTOPIA通訊介面接收機制之時序 圖0

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Claims (1)

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   六、申請專利範圍 1 · 一種ATM通訊方法，包含： 改變標準UTOPIA通訊介面中輪詢位址信號與回應传 號間相對時序；以及 改變標準UTOPIA通訊介面中接收機制的致能信號與 資料信號間相對時序。 2·如申請專利範圍第1項所述之ATM通訊方法，其中前述改 變標準UTOPIA通訊介面是使用於ATM層〜ριιγ層之間的 ATM裝置的通訊介面。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之A T Μ通訊方法，其中前述 改變信號間相對時序是使信號間的相對時序延長一遲λ鲁 時間。 π 4 ·如申请專利範圍第3項所述之A Τ Μ通訊方法，其中前述遲 滯時間為ATM層傳送的信號到ΡΗΥ層，與該PJJY層傳送的、 信號到ATM層所需的時間。 、、 5·如申請專利範圍第1項所述之ATM通訊方法，其中前述改 變標準UTOPIA通訊介面是使用於A AL層〜ΑΤΜ^之間^ ATM裝置的通訊介面。 6.如申請專利範圍第5項所述之ATM通訊方法，其中前述改 變信號間相對時序是使信號間的相對時序延^ 一遲滯時 間0 丨 如申請專利範圍第6項所述之ATM通訊方法，其中前述遲 滯時間為ATM層傳送的信號到AAL層，與該aal層傳送的 信號到ATM層所需的時間。 其中前述輪 8 ·如申請專利範圍第1項所述之a Τ Μ通訊方法

   01P0182.ptd 第19頁 527796 六 、申請專利範圍 1 7·、如申广專利範圍第1 6項所述之ATM通訊系統，其中前、十、 αΙΓ:詈間為ATM #置傳送的信號經前述高速傳輸媒介到L 到^裝置ί斤=AAL裝置傳送的信號經前述高速傳輪媒介 Μ需的時間。 18. 々〇申請專4利範圍第11項所述之ATM通訊系統，其中前述 η位：信號為標準叮01^通訊介面所界定傳送機制的 r人接收機制的RxAddr。 19. 如申專利範圍第11項所述之ATM通訊系統，其中前述 回應仏唬為標準UTOPIA通訊介面所界定傳送機制的 TxCla:與接收機制的RxCUv。 2〇·如申請專利範圍第11項所述之ATM通訊系統，其中前述 接收機制的致能信號與資料信號分別為標準uTOP IA通訊 ’丨面所界定的RxEnb與RxData、RxS0C。

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