CN1127280C - 在时分多路复用网络的位流之间交换数据的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在电路交换时分多路复用网络的一组输入位流和一组输出位流之间交换数据的方法和设备。每个所述位流被分为循环帧并且每个所述帧被分为时隙。根据本发明，每个所述输入位流被接收，而来自所述输入位流的时隙数据帧被临时存储在一组存储器装置中(31-34)，每个所述存储器装置用于存储所述输入位流的相应位流的帧。另外，对于每个所述输出位流的每个帧和根据要在相应输出帧中传送的所述时隙数据次序的顺序，时隙数据有选择地从当前临时存储在所述存储器装置组中读取并且随后传送到所述输出位流的分配的时隙中。

Description

在时分多路复用网络的位流之间 交换数据的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种在电路交换时分多路复用网络的一组输入位流和一组输出位流之间交换数据的方法和设备，每个所述位流被分为循环帧并且每个所述帧被分为时隙。
背景技术
现今，开发了一种新型的电路交换通讯网络，使用时分多路复用位流传送信息，其中网络的位流被分为循环的、一般为固定尺寸的帧，接着每个帧被分为时隙。
这样一个称为DTM(动态同步传送方式)网络的网络例子在下面的文章中进行了描述，由Christer Bohm，Per Lindgren，Lars Ramfelt以及Peter sjodin在1994年的高速网络杂志的3(2)：第109-126页中发表的“DTM千兆位网络”和由Lars Gauffin，Lars Hakansson以及Bjorn Pehrson在1992年4月的计算机网络和ISDN系统的24(2)：第119-139页上发表的“基于DTM的数千兆位网络”。
在这样一个网络中，每个连接到至少两个位流的所谓的交换机节点用于在不同的位流之间，更准确地说在不同位流上的时隙位置之间交换时隙数据。例如，如果由第一个位流上第一组时隙位置和第二个位流上第二组时隙位置定义一个电路(或“信道”)，则交换机节点一般用于从第一组时隙位置传送或复制时隙数据到第二组时隙位置。
根据现有技术，电路交换时分多路复用网络中的交换机使用控制存储器将输入时隙位置映射到输出时隙位置。这样的映射可以包括时域的映射，即控制时隙数据被写入每个位流的次序，以及空间域的映射，即控制哪个时隙数据到哪个位流。对于一般的情况，由Williams Stallings在MacmillanPublishing Company第4版的“数据和计算机通讯”中描述了所谓的时-空-时(TST)交换。
作为一个现有技术交换机的例子，US 4 005 272(Collins等人)描述了一个交换机设备，其中输入位流帧存储在相应的入口存储器中并且其中输出位流帧存储在相应的出口存储器中。根据在多个控制存储器中提供的信息，存储在所述入口存储器的时隙数据经过一个空间交换机传送到所述出口存储器。第一个控制存储器用于指定当前连接到空间交换机的入口存储器的入口，因此在入口端提供一个时间交换功能。另一个控制存储器用于指定当前连接到空间交换机的出口存储器的入口，因此相应的在出口端提供一个时间交换功能。同时，提供另一个控制存储器控制空间交换机内在时间上进行的交叉连接。
上面所提到类型的交换机节点的缺点是它们不允许在输入和输出端口之间随意通讯，即它们表现出对于空间和时间上随意交换时隙可能性的限制。因此也限制了交换速度和容量。由于在例如US 4 005 272中使用的那种空间交换机的工作特性，任一到任一的交换一般是不可能的。在大多数情况下，将一个特定输入时隙位置映射到一个特定输出时隙位置的第一种选择将直接意味着对于另外映射的第二种选择的限制。这当然也限制了提供空间和时间多点传送和/或广播的可能性。
另外，在现有技术中，输入和输出端口使用共享介质连接在一起，要求该介质控制输入端口总的交换容量以不造成阻塞。这一般要求以网络位流位速率几倍的位速率来进行交换机内部处理，这当然限制了这种设计的可伸缩性。
发明内容
本发明的目的是提供一种交换设备和方法，它们对于空间和时间上随意交换时隙的可能性提供更大的自由度。
本发明的另一个目的是提供一种有效控制时间和空间多点传送和广播信道的解决方案。
本发明的另一个目的是提供一种简单和快速的机构，用于在被随意相移的多个输入和输出位流之间进行交换。
本发明的另一个目的是增加总的交换速度和容量。
本发明还有一个目的是提供一种可伸缩的交换系统，其中较小的交换机可以容易地集成以形成较大的交换机。
通过从属权利要求所定义的本发明可以获得上面提到的和其他的目的。
根据本发明，提供了一种用于在电路交换时分多路复用网络的一组输入位流和一组输出位流之间交换数据的方法和设备，每个所述位流被分为循环帧并且每个所述帧被分为时隙。输入位流被接收并且它的帧被临时存储在一组存储装置中(为了简单起见，下面称为一组帧缓冲器)。每个帧缓冲器用于临时存储所述输入位流的一个相应位流的帧。对于每个所述输出位流的每个帧和根据要在那里发射的所述时隙数据次序的顺序，时隙数据从临时存储在所述帧缓冲器组的帧中有选择地读取。从所述帧缓冲器选择读取的所述时隙数据随后发射到所述输出位流的所分配时隙中。
因此，在一个体现本发明的交换机中，每个输入端口与用于临时存储在所述输入端口接收的帧的一个相应帧缓冲器相关。所有输出端口能够以一种非阻塞的方式，相互间独立地从任何一个或多个所述帧缓冲器读取数据。这样整个交换机包括一组帧缓冲器，每个以1个对多个(一个输入对多个输出)的方式安排。
根据本发明，通过有选择地从存储在所述帧缓冲器组的帧中读取数据，在单个集成步骤中有益地完成时间和空间交换，只要求单个读取的控制功能(例如使用一个所谓的时隙映射表完成)用于控制每个输出位流的所述有选择读取。
另外，当每个输入位流被写入一个相应的帧缓冲器，并且当来自输出位流的时隙数据随着请求输出被从所述帧缓冲器读取时，根据本发明的交换机只需能够以基本上相应于位流位速率的速率操作。然而，这不能阻止本发明用于工作在超过有线速率的位速率的存储器装置。
同时，使用本发明，与经常在现有技术中遇到的情况不同，在存储器装置的输入一侧不需要多路复用来自不同位流的时隙(或相应的在输出一侧的去多路复用)。
根据本发明的优选实施例，所述帧缓冲器借助于多端口随机存取存储器(RAM)实现，它允许独立地实现插入和检索而不需要相位同步。
通过使用具有多个读入端口的RAM，每个输出位流将独立于其他的位流来检索它自己的时隙数据，并且最好使用专用于所述输出位流的线路来收集它，这样提供一种无阻塞的操作。因此，不需要在共享资源上相互排斥或采用复杂的保留方案。从而，与每个线路接收输入或发射输出的速度相比，不需要在设计的任何部分有更高的通讯速度要求。因此，实施本发明的交换机与现有技术交换机相比，显示出对于时间和空间上时隙随意交换的可能性有很大的操作自由度。
正如所理解的，只要存储器装置如本发明所建议的向输出端口提供对有选择读取存取(以相应输出帧的时隙顺序的次序)的支持，以上建议的多端口随机存取存储器可以提供多个实际的物理读取端口，或者是例如依次提供多个虚拟读取端口(一个专用于每个输出端口)的单个物理端口。因此，如上面提到的，如果这样希望或要求，则在存储器装置内的操作可以仍然使用一个超过位流位速率的位速率。
由于帧缓冲器以高速率重复更新，基于动态RAM(DRAM)的实现可以设想为不需要存储器刷新。
如所提到的，根据本发明的优选实施例，所有输出端口相互独立地从所述帧缓冲器组读取数据，并且时隙数据最好在专用于每个输出端口的线路上从所述帧缓冲器传送到输出端口。
一般地，每个所述帧缓冲器将包括多个时隙数据入口，其中一个帧缓冲器的每个时隙数据入口被安排以存储来自相应循环时隙位置的时隙数据，所述位置在与所述帧缓冲器相关的输入位流的时隙序列中。
因为时隙数据可以从所述帧缓冲器的任何时隙项读到不同的输出端口，所以，隐含地提供了用于广播和多点传送的机构(即从一个输入端口发送数据到多个输出端口)。
根据本发明的交换机设备最好包括例如具有控制存储器形式(“时隙映射表”)的装置，对于被分配来接收来自输入位流的时隙数据的每个输出位流的一个帧中的那些时隙，为其每一个提供所述帧缓冲器的相关时隙数据入口的相应的标识，所述时隙数据入口为相应分配的时隙提供时隙数据。
这样一种标识可以例如是一种唯一识别帧缓冲器、并且其项提供要被发射到与所述标识相关的输出时隙的时隙数据的标识，表示向相应输出时隙写入存取不属于交换机并且输出时隙将不提供来自所述输入位流的时隙数据的标识，空闲方式将由交换机产生并且被发射到相应输出时隙的标识，或者从另一个交换机接收的时隙数据将被发射到所述相应时隙的标识。这样从哪里收集每个输出时隙的数据的指定为交换数据提供若干种新的可能性。例如，上述标识的四个示范类型中后面的类型使得可能以一种简单方式将多个交换机连接形成一个较大的交换机，因此增加了交换的可能性而基本上不用很复杂地实现。
每个输入帧缓冲器最好具有在相应的帧存储区域保持输入位流的三个顺序帧、也称为所述帧缓冲器的帧页或列的容量。每个输入位流使用三个帧页意味着确保交换的一致性，即确保从一帧或一页有选择地读取不会发生在该特定的帧或页的输入写入完成之前。根据优选实施例，需要一页来允许在时域中重新映射时隙，需要另一页以双缓冲器的方式来并行地存储，需要第三页来管理写入所述帧缓冲器的输入端口和从所述帧缓冲器读取的输出端口之间的任何帧相位差，即作为例如DTM网络的一般同步的结果，被限定为一页的差值。
每个输入和输出端口通常由相应的帧同步信号控制，它接着推进内部指针以识别当前用于写入(在一个输入端口)的帧页或当前用于读取(在一个输出端口)的帧页。输入位流的时隙以顺序的次序写入存储器，而对于选择读取则使用当前选择的页的项之中的随机存取来从所述帧缓冲器读取输出。
因此，使用到每个端口的本地时钟和帧同步信号来计时时隙和帧，并且根据相应的本地帧同步通过端口存取帧缓冲器。基本的设想是帧同步信号从未具有大于一帧的偏移，即输入位流和输出位流之间的相位差，也就是没有累积的帧差(偏差)，它是例如在DTM网络中适应的准则，因此本发明在这样一种网络中是特别有意义的。
输入位流的帧同步最好控制一个写入时隙计数器，根据每个接收的时隙，它使指定相应帧缓冲器的时隙项的写入指针前进到下一个时隙项(根据帧同步，写入时隙计数器最好被复位以在下一个帧的最低时隙开始)。输入位流的帧同步最好还控制一个写入页选择块，它指定相应帧缓冲器的一页，允许缓冲器的三个帧之一用于写入存取(根据帧同步，以循环的方式选择下一个帧页)。
输出位流的帧同步最好控制一个输出时隙计数器，在每个输出时隙，它使所述时隙表中的指针前进以获得关于在哪里收集用于从属的输出时隙的时隙数据的信息(根据帧同步，输出时隙计数器最好被复位以在下一个输出帧的最低时隙开始)。输出位流的帧同步最好还控制一个读取页选择块，它选择相应帧缓冲器的哪个帧页当前可以用于有选择地读取存取。根据帧同步，以循环方式选择下一个帧页。
因此，本发明的一个优点是在交换机每个端口的控制操作由到每个相应端口的本地帧同步提供，这样消除了在不同输入和输出端口之间提供复杂的交叉相关同步机构的需要。
根据本发明的另一个改进的实施例，还通过所谓的页偏移和旁路特性，如通过时隙映射表在逐个时隙基础上激活的，控制所述读页的选择。旁路方式提供选择以在实际读取存取指针前获得读取存取一个帧，它减少了经过交换机的等待时间，但是限制了时隙分配，以便确保在时域重新映射期间没有存取冲突或不一致发生。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于完成时隙映射表的自动更新的机构，即以一种保存一致性的方式同时更新多个时隙表和它的多个时隙项。
根据本发明的交换的最好实现方式是在DTM网络中。DTM网络的基本拓扑结构最好是一个具有两个单向的、连接多个节点的多路存取光纤的总线。然而，注意拓扑结构也可能仅由任何其他类型的结构实现，例如环形结构或集线器结构。
总线上每个波长的带宽，即每个光纤上的每个位流被分为固定长度的、一般为125μs的帧，这些帧接着分为固定长度的、一般为64位的时隙。这样一个周期中时隙的数量取决于网络的位速率。时隙分为两组，控制时隙和数据时隙。控制时隙用于在网络内部操作的所述节点之间传送信令消息。数据时隙用于在终端用户或使用所述节点接入DTM网络的应用之间传送数据。
通过动态地分配选择的时隙到相应的信道，DTM网络的节点一般被安排动态地建立、修改和终接所述位流上的信道。因此，对于不同节点或终端用户的时隙和数据时隙的分配可以随着网络负载变化动态地调节。如所理解的，实质上在这种类型的电路交换中没有在数据时隙中嵌入的标题或地址信息。
对于DTM技术的更详细的描述，可以参见上面提到的“DTM千兆位网络”和“基于DTM的数千兆位网络”。
附图说明
参照示范实施例、附图，从下面的描述将可以更全面地理解本发明上面提到的和其他的方面以及特征。
现在参照附图描述本发明的示范实施例，其中：
图1示意性示出一个实现时隙数据的时间和空间交换的交换机设备；
图2示意性示出一个根据本发明实施例的交换机设备；
图3示意性示出一个用在图2所示交换机中的时隙映射表的实施例；
图4示意性示出一个用在根据本发明优选实施例的交换机的每个输入和输出端口的帧页选择机构。
图5a和5b分别示意性示出以完全重新映射方式和旁路方式的页偏移；
图6示意性示出根据本发明另一个实施例的交换设备的一部分；以及
图7、8a和8b示意性示出用于更新图3中示出的时隙映射表的机构。
具体实施方式
在图1中，交换机设备Sw用于在电路交换时分多路复用网络的一组输入位流和一组输出位流之间交换数据，每个所述位流被分为循环帧并且每个所述帧被分为时隙。更准确地说，图1的交换机设备Sw在时间和空间上将来自输入位流A和B的帧的时隙A0-An、B0-Bn的时隙数据交换到第二个位流C和D的帧的时隙中。如图1所示，位流C的输出帧包括从输入位流A、B的任何选择的一个或多个和从其选择的随意输入时隙传送的数据。在输出位流C和D的帧中A0的出现相应于到C和D输出位流的多点传送A0输入时隙的内容，但到输出帧的不同时隙。
现在参照图2描述根据本发明示范实施例的交换机设备。在图2中，交换机Sw接收来自四个输入位流1-4的时隙数据并且将时隙数据传送到四个输出位流5-8。因此，交换机Sw包括四个输入介质存取单元21-24和四个输出介质存取单元65-68，提供接入到相应的位流。
每个输入介质存取单元21-24被安排将从相应位流接收的每个帧写到相应的帧缓冲器31-34。每个帧缓冲器31-34具有在三个相应的帧存储区域或页31a-31c、32a-32c、33a-33c和34a-34c存储相应位流的三个顺序帧的容量，每一页具有存储一个帧的容量。例如，临时存储经过输入介质存取单元21从位流1接收的每个帧的帧缓冲器31顺序地将第一个帧存储在帧页31a，下一个(第二个)帧存储在帧页31b，接下来的(第三个)帧存储在帧页31c。然后，接着的(第四个)帧也将使用帧页31a来存储，这样重写了先前存储的第一帧。同时，注意来自一个帧的时隙的时隙数据被顺序地写到相应帧页的对应时隙数据的项，即对于每个输入时隙的一个数据入口。
同时，如在下面描述的实施例中说明的，四个时隙数据选择单元45-48可以例如以多路复用器或三态总线的形式来提供，被安排来通过对于要被发射到相应输出位流的每个输出时隙，确定哪个帧缓冲器、它的帧页以及它的时隙数据入口(即在来自所有四个输入位流1-4的当前存储的时隙数据之中)，时隙数据被收集或传递到相应的输出位流，选择要被发射到相应输出位流5-8的时隙数据。因此，每个选择单元45-48连接到所有四个帧缓冲器31-34用于选择和收集那里的时隙数据。
为了知道哪个帧缓冲器、页和项用于一个特定的输出时隙，每个选择单元45-48可以使用一个相应的时隙映射表55-58，下面将参照图3更详细地描述该表，对于相应输出位流帧的每个时隙和在相应的项，该表提供一个指定帧缓冲器的字段55a-58a和一个指定用于读取输出时隙的时隙数据的项的字段55b-55b。时隙映射表55-58的输出时隙项最好以相应输出帧的时间顺序次序存储，每个时隙映射表对于相应位流的每一帧步进一次。
因此，当读位流5每一帧中的第一个时隙的时隙数据时，选择单元45将访问时隙映射表55的第一个项，更准确地说是55a列的第一个数据字段和55b列的第一个数据字段，以获得关于四个帧缓冲器中哪一个和它的哪一个项的时隙数据被收集用于位流5的帧的第一个输出时隙的信息。同样，如下面更详细描述的，对于当前被传送到位流5的帧，选择单元45将控制选择每个帧缓冲器31-34的哪一个帧页用于读取时隙数据。因此，选择单元将以给定的输出次序拾取时隙数据，用于被设置来接收时隙数据的每个输出位流时隙。当然，交换机Sw将仅仅传送时隙数据到为此目的分配的输出位流的那些时隙。
现在参照图3描述上面参照图2(以及下面参照图7)讨论的那种类型的时隙映射表的实施例。时隙映射表是一个定义了分配信道的表。如图2所示，最好对于每个输出位流有一个时隙映射表。图3示出的时隙映射表是一个帧的深度并且包含四个逻辑存储器区域或列12-18，每个列包括多个相应于输出帧中时隙数的字段，使得包括来自每个列的一个字段的每个项对于每个输出时隙唯一地识别输入位流和它的时隙。第一列12识别输出帧中时隙的位置。第二列13(也在图2的55a图示说明)的每个字段定义一个输入位流(或输入帧缓冲器)，并且第三列16(也在图2的55b图示说明)的每个字段定义它的一个时隙(或它的一个帧缓冲器数据入口)，第四列18的字段定义了将在下面参照图4、5a和5b更详细讨论的帧页的偏移。对于每个顺序的输出时隙，即对于时隙映射表的每个顺序的项，时隙映射表这样定义输出帧的时隙一览表，并且结合了在时间和空间域上的交换。
对于每个输出帧，时隙映射表的项被以顺序的次序扫描一次，以定义它的每个输出时隙的映射，并且时隙映射表的输出直接指定来自帧缓冲器的相关的时隙数据。这样，如下面将描述的，只需用一个简单的计数机构产生至时隙映射表的顺序地址，该表将这些转换为用于缓冲器中数据检索的随机参考。
这样，使用图3示出的示范时隙映射表，与所示时隙映射表相关的每个输出帧的第一个时隙将包含来自第三个输入位流的每个帧的第15个时隙的时隙数据，第二个输出时隙不具备来自任何输入位流的数据，如果向第二个输出时隙的写存取被分配由交换机设备使用，则可选择地导致一个空闲位组的写入，第三个输出时隙的时隙数据将在第二个输入位流的每个帧的第3988个时隙取出，等等。
现在参照图4、5a和5b描述在每个输入和输出端口使用的帧页选择机构。对于帧缓冲器的时隙数据的输入，以及使用时隙映射表有选择读取输出时隙数据，均由分开的和独立的帧同步信号控制，该信号从相应的位流获得或定义相应的位流，它们一起进行包括N(输入的数量)加M(输出的数量)计时域的交换。帧同步信号用于前进相应的写入或读取指针来选择相应的帧缓冲器中的帧页。
对于每个位流来说，即对于每个输入的一个位流和对于每个输出的一个位流来说，图4中图示说明的、由相应的帧同步信号Frame Synch计时的相应的指针块100用于控制相应的帧缓冲器的哪一个帧页用于帧写入或选择读取的寻址。在每个指针块100中，自激计数器102根据相应的帧同步信号的每次接收，以模3方式将选择的帧页地址递增1，这样顺序地提供帧页指针地址0，1，2，0，1，2，…，等等。如下面将参照图5a和5b进一步讨论的，每个指针块100还接收页偏移信号(例如由图3时隙映射表的第四列18中提供的值给出的)，在模3加法器104该信号的一个值被加到(也以模3方式)自激计数器的值上以提供最终的帧页选择信号。
与用于写入相应位流的帧的帧缓冲器的帧页的顺序指定一起发生的是用于时隙数据的选择读取的帧缓冲器的帧页的相应的顺序指定。对于每个帧缓冲器，将提供一个写入指针(与相应的输入位流的写入相关)和M个读取指针(每个与相应输出位流的选择读取相关，M是输出位流的数量)。
重要的是完成对于写入的帧页的指定和对于选择读取的帧页的指定，从而保持缓冲器一致性，以避免在完成它的写入之前读取帧的时隙数据。如将参照图5a和5b进一步讨论的，通过对于每个位流帧缓冲器使用三个帧页存储器而获得这样的一致性，因此使得可能在每个时隙数据的写入和读取之间总是保持半个帧的最小距离。
如上面参照图3提到的，当图4的指针块100用在帧的选择读取的输出端口时，自激计数器帧页地址通过提供从时隙映射表接收的页偏移信号有选择地修改。帧页偏移信号从时隙映射表的帧页偏移列(图3的18)获得，并且同样以模3方式，通过将一个偏移加到那里以形成一个偏移页地址来修改指针块的地址。因此，根据帧同步相位偏移(即输入和输出位流帧之间的相位差)以及存取限制准则，在每个时隙的基础上规定帧页偏移信号。存取限制是强加在时间交换上的限制，以限制可能的时间重新映射为代价降低通过交换机的等待时间。帧同步相位偏移的范围在-1＜偏移＜1，表示为整个帧的一部分。
图5a示出在所谓的完全重新映射期间，即当没有施加存取限制时，也称为标准的或正常方式时的页偏移分配。在图5a中，假设指定帧缓冲器帧页的顺序选择的、用于输入位流写入的指针块的帧页偏移被设置为2，这意味着在输入位流的下一个帧同步信号接收之后，写入将移动到实际的缓冲器帧页0(在模3中＝2+1)。随后来自帧缓冲器的选择读取可以根据帧同步相位偏移使用0或1作为页偏移的替换访问存储器区域。当工作在负相位偏移时，这意味着输出位流的帧同步信号出现在输入位流的帧同步信号之前，页偏移设置为0(图5a中左下方的替换指针箭头)。这样，选择读取将总是有时间跳到下一个帧页并且将不会被以后移动到新的帧页的写入指针追上。当工作在正的相位偏移时，即当输出位流帧同步信号在输入位流帧同步信号之后到达时，页偏移设置为1(图5a右下角的替换指针箭头)。如所理解的，这相应于在写入和读取之间加上一个帧页(一帧)缓冲器余量。同样，这些分配规则确保当读帧页指针前进到一个新页时，帧页的写入更新已经完成。它也意味着通过在读取指针继续到下一个帧页之前进入被读的帧页，更新写入指针将不会绕回和追上。
图5b示出以所谓的旁路方式分配的帧页偏移，它可以由图3的时隙映射表第四列18的数据激励。如所理解的，在上面参照图5a讨论的正常方式中，交换机允许将来自第一个输入时隙的数据全部地重新映射到最后的输出时隙，反过来也一样，但这不仅要求缓冲一个写入页和一个读取页，而且要求一个额外的帧(第三页)来保证一致性，因此它引入了通过交换机的传播等待时间。如下面讨论的，在旁路方式中，通过交换机的等待时间可以以对时间重新映射的限制为代价，相对帧的一个或多个时隙被减少一帧。因此，在图5b所示的旁路方式中，如图5b说明的通过将替换读取指针箭头与图5a相比向右移动一步，图5a的正常方式页偏移对于一帧的单独一个或多个时隙被临时地递增1，从而它允许写入和选择的读取器临时使用相同的页。
当然，这种旁路方式可能仅在选择的读取器不在顺序的写入器之前读取的限制下允许，它确保如果没有输出位流的输出时隙，则接收来自输入位流的输入时隙的、具有较高时隙序列号的数据。这样，当从输入时隙#3读取数据时输出时隙#9可以使用旁路方式来减少通过交换机的等待时间，但输出时隙#3不能使用旁路方式从输入时隙#9读数据。
事实上，当考虑到实际的偏移时可以放松对于旁路的这种要求。为了简单起见，现在假设在时隙中表示相位偏移。当相位偏移是正的，即当输入位流的帧同步信号出现在输出位流的帧同步信号之前时，(写入同步在选择的读取同步之前)，只要交换机参考的是相位偏移而不是前面其他的参数，相位偏移可以用于允许从具有较高顺序号的输入时隙读取输出时隙的时隙数据。对于负的相位偏移，即当输出位流的帧同步信号出现在输入位流的帧同步信号之前时(写入在选择读取之前)，正常方式已经加上一个帧的余量，它意味着如果相位偏移几乎是零但不是负的，则允许几乎全部的旁路重新映射。另一方面，当相位偏移几乎是负的一帧时，不允许前面的旁路参考。这种情况总结在下面的表I中。
                         表I
方式 相位偏移 等待时间 映射限制
标准 正的 1帧+相位偏移 无
标准 负的 2帧-ABS(相位偏移) 无
旁路 正的 相位偏移 输入时隙#-输出时隙＜相位偏移
旁路 负的 1帧-ABS(相位偏移) 输入时隙#-输出时隙＜相位偏移
如所理解的，参照图4、5a和5b描述的帧同步和页选择机构最好用在图2的实施例中，尽管这样的部件没有在那里清楚地示出，它同样也包含在下面参照图6描述的实施例中。
现在参照图6描述包含了上面图2、3、4、5a和5b描述特性的本发明交换机的另一个实施例，其中交换机设备Sw被安排在N个输入位流和M个输出位流之间交换时隙数据。为了容易描述起见，因为从N个输入位流中的一个到M个输出位流的交换显示出与其他输入位流交换相同的配置，并且因为从N个输入位流帧缓冲器到M个输出位流每一个的选择读取显示出相同的配置，如图2说明的，只有主要与一个输入位流和一个输出位流相关的部件在图6中示出，因此图6的交换机设备的描述是被限定的。
在图6中，输入位流被交换机Sw的输入端口210接收并且提供到输入多路分解器220。输入端口的帧同步单元获得来自输入位流的帧同步信号，并且据此将写入时隙计数器240和写入页选择单元250的操作同步。同样，输入端口210的时钟单元被安排来提供在时隙频率发生的信号到写入时隙计数器240。写入帧页选择单元250被安排以帧同步信号的速率控制多路分解器220，对于模3方式的所述输入位流，使输入位流的每个帧顺序地传递到帧缓冲器300三个帧页(或“存储器区域”)300a、300b和300c中的一个。当写入页选择单元250和输入多路分解器220控制哪个帧缓冲器的页被输入位流的特定帧写入时，写入时隙计数器将控制哪个页的项被来自一帧的每个特定时隙的时隙数据写入。如所理解的，在交换机Sw的每个输入位流端口将找到这个描述的部件集合。
如图6下面部分示出的交换机的输出部分包括对于每个输出位流的第一组M个输出多路复用器310、第二个输出多路复用器320、输出端口330、输出时隙计数器350、时隙映射表370、帧页选择单元380以及空闲时隙模式发生器390。
输出端口330从输出位流(如果在所述位流上已经存在同步，则所述位流产生于位于相对交换机上游的节点)，或者通过帧同步信号的内部产生(如果交换机在输出位流的起始点)获得帧同步信号。
帧同步信号被提供来同步输出时隙计数器350和帧页选择单元380的操作。输出端口还获得到输出时隙计数器350的发生在时隙频率的时钟信号。输出时隙计数器350顺序地寻址时隙映射表370的项，每个帧步进通过时隙映射表一次。这样，对于一个输出位流的特定输出时隙，输出时隙计数器将指向时隙映射表370的一个相应项。如上面已经讨论的，随后时隙映射表将提供三个基于从这个项的读取的信号，如上面参照图3、4、5a、5b已经讨论的，一个指定时隙的时隙数据被收集的输入位流，哪个信号发送到第二个输出多路复用器320，一个指定输入位流的一帧内时隙的循环序列的哪个时隙的时隙数据被收集，哪个信号发送到所有的N个帧缓冲器，以及一个信号指定哪个页偏移要被使用，哪个信号发送到帧页选择单元380。
首先，当前处理的输出时隙的所选择的输入时隙数量，例如输入时隙数量i，在随机存取中从时隙映射表370提供到N个帧缓冲器(图6只示出一个)中的每一个，这样使得从N个帧缓冲器每一个的三页中的每一个读取第i个项(从3×N个数据字段给出一个总的读出)。每个帧缓冲器的三个读出随后发送到输出多路复用器310的所述第一组，每个多路复用器310从相关的帧缓冲器的三页中接收时隙数据。帧页选择单元380被随后安排以帧同步信号的速率控制输出多路复用器310的所述第一组，考虑到从时隙映射表接收的任何帧页偏移或旁路指令的出现，决定哪个对应于相应页的时隙数据在任何给定时间由多路复用器310传递。因此第一组输出多路复用器310中的每一个将提供来自相应帧缓冲器的一个字段的时隙数据，假定总的N个读取时隙数据传递到第二个输出多路复用器320。如来自时隙映射表370的位流选择信号指定的，在第二个多路复用器中，决定所述N个读出中的哪一个，即从哪个位流，被传递到输出位流。这样，时隙映射表370和帧页选择单元380使用所述第一和第二个多路复用器310、320从选择的一个帧缓冲器来检索一个特定选择的时隙数据字段。
同样，如图6所示，一个空闲时隙模式和一个级联输入提供到第二个输出多路复用器。因此，时隙映射表370可以对于输  流的任何特定时隙，命令第二个输出多路复用器320将来自空闲时隙模式发生器390的空闲时隙模式传送到输出位流，例如图3的时隙数据映射表的第二个、未分配的时隙。然而，注意一个未分配的时隙不一定意味着应该发送一个空闲模式，由于时隙可能被非常好地分配以由连接到输出位流的其他节点使用。为了调节这种类型的连接多个交换机为一个较大交换机的可能性，可以使用级联输入。然后，来自另一个交换机的输出位流连接到第二个多路复用器的级联输入端，这样仍然如时隙映射表370控制的，可能将来自所述另一个交换机的数据交换到交换机Sw的输出位流中。级联的可能性允许使用一些较小的交换机来实现较大的群交换机，例如使用四个4×4交换机来实现一个完整的8×8交换机。
如图6箭头表示的配置说明的以及下面将参照图7、8a和8b描述的，向那里提供来自控制时隙映射表更新的节点控制器的配置信号。
如所理解的，输出部件310-390的这种描述集合将在交换机的M个输出位流端口的每一个找到，这样例如给出总共N×M个第一输出多路复用器和总共M个第二多路复用器。
如上面已经描述的，在每个帧缓冲器的输出端，第一级多路复用器用于选择来自那里的三个帧页的数据。其结果随后馈给第二级多路复用器以从一个特定的位流(输入端口)选择。这个方案用于下列目的，a)说明数据在专用于每个输出的线路上传送，这样避免了共享公共介质的要求，以及b)能够控制选择的不同的参数。
然而，考虑到选择许多宽总线路由的硬件成本，还可以考虑非多路复用器的其他标准部件。因此，在另一个实施例中，使用三态或预充电总线代替多路复用器以用于多路复用器相同的目的但具有更好的区域利用。当使用标准随机存取存储器(RAM)模块来实现帧缓冲器时，一般已经包括三态输出。应该注意这样一个实施例不要求任何其他的互斥装置。在每一时刻，允许驱动总线的源是唯一规定的。在这样一个实施例中，用于使能驱动器的信号由译码器块产生，该译码器块具有输入端口(如读时隙映射表)和帧页指针(0，1，2)作为输入。
类似地，代替将输入位流的帧提供到帧缓冲器相应帧页的输入多路分解器，也可以用一个馈给所有三页的总线替代，其中写使能信号选择写入哪一个。
现在参照图7、8a和8b描述根据本发明用于更新交换机时隙映射表的过程。由于资源重新分配，在不同位流之间交换的信道或时隙随之变化，使用交换机内中心单元或通过控制交换机的计算机的外部接口来更新交换机的时隙映射表，这样一个中心单元或计算机常常称为节点控制器(NC)。在外部提供计算机的情况下，外部接口与交换机的端口分开，时隙映射表更新的带宽一般比交换机端口的带宽低很多。
在多个具有不同帧相位的输出更新时隙映射表时的问题是保持一致性，它例如在重新分配多点传送时是要求的。解决这个问题的一个有益的方式在图7、8a和8b示出，这个问题当然不限制于多个输出端口上多点传送信道的更新，其中图7示出由节点控制器寻址的三个更新表，图8a示出节点控制器更新操作的流程图，称为全局更新，图8b示出每个时隙映射表更新操作的流程图，称为局部更新。
当开始一个更新过程时，在图8a的步骤S10，节点控制器将寻址图7示出的更新表410、420和430，它例如可以在节点控制器内或在与节点控制器通讯的交换机内提供。首先，在步骤S20，节点控制器将提供具有一组项的表430(一个表430用于每个时隙映射表)，这些项指定输出时隙序列中哪个输出时隙在相应的时隙映射表中更新和哪个相应的数据在所述时隙映射表的相应项替代旧的数据。如在步骤S30决定的，以这种方式对于所有的主题时隙映射表预置所有的主题更新，节点控制器将通过设置一组标记，每个时隙映射表一个标记，到表410中的1(图7的表410表示对四个时隙映射表的指示)，来命令时隙映射表更新它们的内容。还提供一个帧选择表420，具有指定在帧的模3次序的哪个选择帧的信息，该时隙映射表将更新它们的内容。
相应地，在步骤B10通过帧同步信号的接收表示的每帧的开始，每个时隙映射表将在步骤B20调查表410中它的标记，看看它的时隙映射表是否将被更新。如果不是，即如果属于时隙映射表的标记置位为零，则以上面描述的一般方式，时隙映射表将在步骤B30、B40和B50开始命令从输入帧缓冲器选择地读取时隙数据。然而，如果标记指示要求更新，即如果属于时隙映射表的标记置位为1，则在步骤B60时隙映射表将检查帧选择表420看看是否时隙映射表应该在当前帧的开始或在后面帧的开始更新。如果更新将在后面的帧发生，则以上面描述的一般方式，时隙映射表将开始命令从输入帧缓冲器有选择地读取时隙数据。然而，如果帧选择表420指示更新在当前帧期间发生，则时隙映射表将像往常一样开始处理时隙，但是在步骤B70对于每个时隙项检查它的更新表430看看是否主题时隙的项要被更新，如果是这样，则在执行选择的读取之前用在更新表430提供的信息更新项。当以这种方式步进通过整个帧时，时隙映射表将在表410中复位它的更新标记，这样通知节点控制器，它的更新完成。
相应地，节点控制器将在步骤S50重复地检查更新表410，看看是否所有的时隙映射表已经复位了它们的标记。如果这样做了，即当表410的所有标记已经复位到零时，在步骤S60完成更新过程。
设计这种更新过程以减少重新同步信号，即来自与一同步的其他时钟域的信号的数量。对于每个输出端选择的同步可以取决于一个置位-复位触发器。然后通过局部时隙映射表更新过程控制每个复位。
在另一个实施例中，取代将更新表的单个时隙更新，节点控制器可以为整个新帧提供数据，这样简单地命令时隙映射表交换整个帧的数据。然而，一帧的少量时隙可以证明与仅仅更新一个子集的时隙相比较这个实施例不耗费时间。
虽然上面参照示范的详细实施例描述了本发明，本领域的技术人员应该理解，在这里可以进行各种修改、改变和组合而不背离由附加权利要求书定义的本发明的范围。

Claims (28)

1.一种用于在电路交换时分多路复用网络的一组输入位流和一组输出位流之间在时间和空间上交换数据的方法，每个所述位流分为循环帧并且每个所述帧分为时隙，所述方法包括步骤：
接收每个所述输入位流；
临时存储来自所述输入位流的时隙数据帧，其中来自不同输入位流的帧存储在一组存储器装置的相应的存储器装置中；
对于每个所述输出位流的每个输出帧，从临时存储在所述存储器装置组中的帧有选择地读取时隙数据；其中对于每个位流的所述选择的读取独立于其他位流完成，并且其中所述选择的读取使得时隙数据根据在相应输出帧中要被传送的所述时隙数据的次序顺序地读取；以及
传送从所述临时存储帧选择读取的所述时隙数据到所述输出位流的分配的时隙。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述独立性通过在专用于每个输出位流的线路上完成所述选择读取来提供。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述临时存储的步骤包括临时存储来自所述存储器装置的相应时隙数据入口的所述输入位流时隙的序列中的相应循环时隙位置的时隙数据。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中有选择地读取的所述步骤包括步骤：
对于所述输出位流的一个位流的一个帧的顺序时隙，读取所述存储器装置组的时隙数据入口的相应提供的标识，所述时隙数据入口提供所述时隙的时隙数据；以及
对于所述帧的所述时隙，有选择地从基于所述标识的所述时隙数据入口读取时隙数据。
5.如前述权利要求1或2所述的方法，包括步骤：接收附加位流，对于所述输出位流的至少一个位流的帧的时隙，所述时隙被分配以接收来自所述附加位流的时隙数据，读取来自基于一个标识的所述附加位流的时隙数据，该标识指示所述时隙被安排来接收来自所述附加位流的时隙数据。
6.如前述权利要求1或2所述的方法包括步骤，给每个所述输出位流的一个帧的每个时隙提供一标识，该标识指定所述输出位流的相应时隙是否接收来自任何一个所述输入位流的时隙数据，如果是这样，从哪个所述存储器装置的时隙数据入口收集所述时隙数据。
7.如权利要求6所述的方法包括步骤，提供一组标识更新和有关定时的信息，该定时相关于何时使用所述标识更新来更新所述标识，以及在所述有关的定时信息指定的时间采用所述标识更新来更新所述标识。
8.如前述权利要求中1或2所述的方法包括步骤，对于每个所述输入位流，检测帧同步信号，并且据此将所述临时存储的帧同步到所述存储器装置组的相应存储器装置。
9.如前述权利要求中1或2所述的方法包括步骤，对于每个所述输出位流，确定帧同步，并且据此使时隙数据的所述选择读取与它们到相应输出位流的传送同步。
10.如前述权利要求中1或2所述的方法，其中临时存储的所述步骤包括临时存储每个所述输入位流的三个顺序帧。
11.如权利要求10所述的方法包括步骤，在每个给定时间点，指示每个所述输入位流的临时存储的三个顺序帧中哪些当前被写入存储器。
12.如权利要求10所述的方法包括步骤，在每个给定时间点，指示每个所述输入位流的临时存储的三个顺序帧中哪些当前用于所述输出位流时隙数据的选择读取。
13.如前述权利要求中1或2所述的方法，其中所述位流上的信道由相应位流每一帧的相应的时隙组定义，所述时隙根据网络节点动态改变容量的要求被动态地分配。
14.一种用于在电路交换的时分多路复用网络的一组输入位流和一组输出位流之间交换数据的设备，每个所述位流分为循环帧并且每个所述帧分为时隙，所述设备包括：
输入装置(21-24；210)用于接收每个所述输入位流；
一组存储器装置(31-34；300)，每个存储器装置被安排用于临时存储所述输入位流的相应位流的帧；
选择读取装置(45-48，55-58；310，320，370，380)，对于每个所述输出位流的每个输出帧，来自帧的时隙数据临时存储在所述存储器装置组中，其中对于每个位流的所述选择读取独立于其他位流完成，并且其中所述选择读取导致时隙数据根据在相应输出帧中要被发射的所述时隙数据的次序顺序地读取；以及
输出装置(5-8；330)，用于传送由所述选择读取装置有选择地读取的所述时隙数据到所述输出位流的分配的时隙。
15.如权利要求14所述的设备，其中为每个所述存储器装置(31-34；300)提供多个读取端口，并且其中每个所述读取端口被安排用于所述输出位流中的相应一个。
16.如权利要求14或15所述的设备，其中所述选择读取装置包括一组读取装置，每个读取装置被安排对于所述输出位流的一个相应位流读取时隙数据。
17.如权利要求14或15所述的设备，其中所述存储器装置组的每个存储器装置包括多个时隙数据入口，并且其中所述存储器装置组的一个存储器装置的每个时隙数据入口被安排来存储来自相关于所述存储器装置的输入位流的时隙序列中的一个相应循环时隙位置的时隙数据。
18.如权利要求14或15所述的设备，其中所述选择读取装置包括提供装置(10；55-58；370)，对于每个所述输出位流和被分配接收来自所述输入位流的时隙数据的它的那些时隙，提供所述存储器装置组相应时隙数据入口的相应的标识，其中所述选择读取装置被安排根据所述标识从所述时隙数据入口读取所述时隙的时隙数据。
19.如权利要求14或15所述的设备，包括用于接收附加位流的装置(320)和用于提供标识给所述输出位流的至少一个位流的帧的时隙的装置(10；55-58；370)，所述时隙被分配以接收来自所述附加位流的时隙数据，所述标识相关于提供时隙数据的所述附加位流，其中所述选择读取装置被安排根据所述标识从所述附加位流读取所述时隙的时隙数据。
20.如权利要求14或15所述的设备，其中用于提供标识的所述装置被安排以提供给每个所述输出位流一帧的每个时隙一个标识，该标识指定所述时隙是否接收来自任何一个所述输入位流的时隙数据，如果是这样，从所述存储器装置组的哪个时隙项读取所述时隙数据。
21.如权利要求14或15所述的设备，包括用于存储一组标识更新和用于存储关于何时使用所述标识更新来更新所述标识的相关定时信息(420)的装置(430)；以及在所述相关的定时信息指定的时间使用所述标识更新组来更新所述标识的装置(410)。
22.如权利要求14或15所述的设备，包括用于检测所述输入位流中每相应的一个的帧同步信号和用于根据所述帧同步信号来同步帧的所述临时存储到所述存储器装置组的相应存储器装置的装置(210)，。
23.如权利要求14或15所述的设备，包括用于确定每个相应的所述输出位流的帧同步和用于据此同步从所述存储器装置组对时隙数据的有选择地读取与它们到相应输出位流的传送的装置(330)。
24.如权利要求14或15所述的设备，其中每个所述存储器装置包括三个帧存储区域(31a-31c，32a-32c，33a-33c，34a-34c；300a-300c)，用于顺序地和临时地存储相应输入位流的三个顺序帧。
25.如权利要求24所述的设备，包括写入指针装置(100；250)，在每个给定时间点，指定所述存储器装置组的哪个帧存储区域用于存储当前从所述输入位流写入所述存储器装置组的帧。
26.如权利要求24所述的设备，包括读取指针装置(100；380)，在每个给定时间点指定所述存储器装置组的哪个帧存储区域当前用于所述输出位流的时隙数据的选择地读取。
27.如权利要求14或15所述的设备，包括瞬时偏移装置(18；104)，对于所述输出位流的时隙，瞬时偏移由所述读取指针装置提供的指定，以便从另一个帧存储区域读取所述时隙的时隙数据，而不是由所述读取指针装置缺省指定的那一个。
28.如权利要求14或15所述的设备，其中所述存储器装置包括一个具有多个读取端口的随机存储器。
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