устройство коммутации, содержащее шины временных интервалов и несколько буферов

Формула изобретения

Устройство коммутации, применимое к узлу в сети связи, причем узел содержит одну или несколько шин временных интервалов, переносящих кадры из ряда последовательных входных линий, находящихся на приемной стороне узла, в ряд последовательных выходных линий, находящихся на передающей стороне узла, отличающееся тем, что содержит

один или два буфера данных для каждой шины временных интервалов на приемной стороне для буферизации кадров из входных линий перед передачей,

таблицу соединений для каждой шины временных интервалов на приемной стороне, причем каждый элемент таблицы соединений содержит, по меньшей мере, адрес данных, указывающий байт в соответствующем буфере данных, причем элементы организованы в том порядке, в каком соответствующие им байты должны передаваться по шине данных, и

счетчик, синхронизированный с тактовым сигналом, используемым шиной временных интервалов для передачи временных интервалов, указывающий, какой байт в соответствующем буфере данных в данный момент подлежит считыванию из буфера шины данных во временной интервал соответствующей шины данных путем индексирования элементов таблицы соединений.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что буферы данных совместно используются всеми входными линиями посредством соответствующих указателей, выделяющих одну область памяти в буфере данных для каждой входной линии.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый элемент таблицы соединений содержит, помимо адреса данных, поле управления.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что для каждой шины временных интервалов имеется только один буфер данных и в одном и том же кадре, при этом ячейка данных в буфере не считывается перед записью.

5. Устройство коммутации, применимое к узлу в сети связи, причем узел содержит одну или несколько шин временных интервалов, переносящих кадры из ряда последовательных входных линий, находящихся на приемной стороне узла, в ряд последовательных выходных линий, находящихся на передающей стороне узла, отличающееся тем, что содержит

один или два буфера данных для каждой шины временных интервалов на передающей стороне для буферизации кадров из шин временных интервалов перед подачей их в выходную линию,

таблицу соединений, причем каждый элемент таблицы соединений содержит, по меньшей мере, адрес данных, указывающий байт в одном из буферов данных, причем элементы организованы в том порядке, в котором соответствующие им байты должны передаваться в выходную линию.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что содержит по одному начальному указателю на выходную линию для выделения одной области памяти в таблице соединений для каждой из выходных линий и для указания первого элемента в каждой области памяти,

по одному индексирующему указателю на выходную линию для указания элемента таблицы соединений, содержащего адрес байта, извлекаемого в данный момент из одного из буферов в соответствующую выходную линию.

7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что каждый элемент таблицы соединений содержит, помимо адреса данных, поле управления.

8. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что имеется только один буфер данных для каждой шины временных интервалов и в одном и том же кадре, ячейка данных в буфере не считывается перед записью.

Описание изобретения к патенту

Область применения изобретения

Изобретение относится к узлам данных в сетях связи, в частности к передаче независимых потоков последовательных данных через синхронные коммутаторы мультиплексирования с временным разделением (МВР).

Предпосылки изобретения

Нижний уровень сетей связи, например уровень связности в базовой сети среды сотовой связи, можно рассматривать как уровень распределенных ресурсов для управления потоками данных. Коммутаторы и мультиплексоры входят в состав основных компонентов, служащих этой цели. В сложных сетях связи, управляющих данными различных форматов и переменных скоростей передачи данных, весьма важно, чтобы конструкция компонентов была гибкой, но не слишком сложной.

Традиционно, коммутаторы содержат ряд последовательных входов и выходов. Поток данных на одном входе может быть целиком направлен на определенную выходную линию или может состоять из смеси кадров данных, мультиплексированных с временным разделением, подлежащих распределению по нескольким выходам. Различные линии могут использовать разные интерфейсы, например, E1, E2, E3 и STM-1 (фиг.1). Дополнительно, скорость передачи данных каждой входной линии может изменяться в широком диапазоне. Перемещение кадров данных в коммутаторах часто осуществляется посредством шин временных интервалов (МВР), расположенных на соединительной панели коммутаторов. Шина МВР имеет суммарную пропускную способность в размере, обычно, около 1 Гбит/с, причем на каждый временной интервал приходится 64 кбит данных.

Традиционное приложение шины МВР состоит из шины данных (обычно 8-битовой), тактового сигнала данных и сигнала кадровой синхронизации. Временной ресурс делится на кадры, причем каждый кадр имеет фиксированную длительность (обычно 125 мкс). Сигнал кадровой синхронизации (КС) указывает начало каждого кадра и имеет период, равный длительности кадра. Сигнал кадровой синхронизации и тактовый сигнал данных поступают из главного источника синхронизации и образуют главные сигналы хронирования для всех передатчиков и приемников, осуществляющих связь через шину МВР. Кадры делятся на фиксированное количество (n) временных интервалов (ВИ), идентифицируемых локальными счетчиками канальных интервалов. Локальные счетчики временных интервалов обнуляются по сигналу КС. В каждом ВИ данные могут передаваться от передатчика к приемнику с использованием мультиплексирования с временным разделением (МВР). Последовательные данные, поступающие из линий данных, запараллеливаются (8 бит), что позволяет отображать данные во временные интервалы.

В реализациях вышеописанных компонентов, отвечающих уровню техники, имеются ограничения в гибкости синхронных цифровых коммутаторов в отношении минимальной задержки и гибкости конфигурации при объединении с концепцией отсутствия блокирования, многоканальной коммутации, высокой пропускной способности и высокой надежности.

В международной патентной заявке WO 99/59276 описан синхронный цифровой коммутатор, усовершенствованный по сравнению с коммерчески доступными компонентами, в котором используются матричные схемы с централизованной архитектурой.

Способ адресации, изложенный в WO 99/59276, описан поверхностно. Использование только 2-битового ОЗУ для каждого временного интервала дает ограничение возможности соединения (коммутации) временных интервалов между двумя платами линий. Например, не описано, как менять порядок временных интервалов.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, устраняющего вышеописанные недостатки. Признаки, определенные в прилагаемой формуле изобретения, характеризуют этот способ.

Краткое описание чертежей

Чтобы обеспечить более глубокое понимание изобретения, в нижеследующем рассмотрении будем опираться на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая пример последовательных линий ввода/вывода с различными интерфейсами, подключенных к шине МВР, например, в коммутаторе.

Фиг.2 - показывает, как указатели выделяют место в памяти для буфера МВР, согласно настоящему изобретению.

Фиг.3 - показывает три разных блока буферов МВР с соответствующими таблицами соединений на приемной стороне трех шин МВР.

Фиг.4 - пример элемента таблицы соединений на приемной стороне шин МВР согласно настоящему изобретению.

Фиг.5 - показывает три разных блока буферов МВР и одну совместно используемую таблицу соединений на передающей стороне трех шин МВР.

Фиг.6 - пример элемента таблицы соединений на передающей стороне шин МВР согласно настоящему изобретению.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Ниже будет описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Это лишь один из многочисленных вариантов осуществления и вариаций в рамках объема изобретения, определенного прилагаемыми независимыми пунктами формулы изобретения, и его не следует рассматривать в порядке ограничения.

Предпочтительный вариант осуществления реализован в коммутаторе с линиями ввода/вывода для различных интерфейсов, показанном на фиг.1. На соединительной панели имеется три шины, и входящие данные должны распределяться между ними. На каждой шине (66 МГц) имеется 8192 временных интервала на кадр, что обеспечивает в целом 24576 временных интервалов.

Входящие данные буферизуются в одном наборе блоков памяти для каждой шины. Физический размер блоков памяти задан равным 2048 байт, т.е. система может манипулировать максимум 2048 разными байтами (канальными интервалами) на кадр. Память конфигурируется заранее с помощью значения указателя для каждой активной линии, что показано на фиг.2.

В значении указателя содержится адрес, по которому предполагается хранение первого байта в кадре. Этот адрес загружается в локальный указатель в начале нового кадра, и указатель получает приращение после записи данных по этому адресу. Память может совместно использоваться 32 разными линиями, но также может быть занята только одной.

Согласно фиг.3, помимо блоков памяти, с каждым из них связана одна таблица соединений, содержащая 8192 элемента. Каждый элемент имеет одно поле адреса и одно поле управления. Поле адреса указывает ячейку памяти, где можно найти данные, подлежащие считыванию из памяти, а в поле управления содержится информация, например, о том, разрешен ли текущий временной интервал, является он временным интервалом с минимальной задержкой и т.д.

При считывании данных из памяти используется счетчик временных интервалов для индексирования таблиц соединений. Счетчик синхронизирован с тактовым сигналом данных и получает приращение совместно с временными интервалами на соединительной панели. Шина соединительной панели может одновременно переносить три разных байта (по одному байту на шину), так что текущий элемент таблицы соединений одновременно связан с временными интервалами x, x+1 и x+2.

Порядок байтов, в котором они поступают в шину, совпадает с порядком их соответствующих адресов в таблице соединений. Таким образом, последовательность байтов шин МВР, а следовательно, и коммутация данных с входных линий на выходные, зависит от того, где хранятся адреса в таблице соединений. Это заранее задается программным обеспечением в соответствии с требованиями коммутации.

Элемент таблицы соединений приемной стороны показан на фиг.4. Элемент состоит из следующих полей:

ADDRESS - адресация байта в блоке памяти.

EN - разрешение временного интервала. Задано равным 1, если временной интервал разрешен, и соответствующие данные должны быть помещены в шину соединительной панели.

MIN - указывает, является ли временной интервал минимальной задержкой.

CPU - указывает, следует ли извлекать данные из регистра ЦП.

Термин «минимальная задержка» выражает режим коммутации, в котором быстрому переносу данных дается высокий приоритет. В режиме нормальной задержки данные сохраняются в одном кадре и помещаются в шину в следующем кадре. Иными словами, требуются две памяти, каждая из которых содержит 2048 байт. Однако в режиме минимальной задержки требуется только одна память, поскольку данные следует помещать в шину как можно быстрее. Разработчик программного обеспечения должен быть уверен, что в одном и том же кадре место данных не считывается перед записью. Минимальная задержка должна настраиваться на уровне линий, а не на уровне временных интервалов.

До сих пор мы описывали только приемную сторону шин МВР. Согласно настоящему изобретению на передающей стороне существует аналогичная архитектура, показанная на фиг.5. Модули отвечают за сохранение данных, поступающих из шины соединительной панели, и передают их на выходные линии.

Как уже указано, на соединительной панели имеется три шины, и каждая из них может иметь 8192 временных интервала (66 МГц). Это в сумме дает 24576 временных интервалов. Данные, поступающие из соединительной панели, должны идти в один блок памяти на шину, а затем таблица соединений адресует эти памяти. В отличие от приемной стороны, имеется только одна таблица соединений, а не по одной на каждую шину. Однако таблица соединений передающей стороны также содержит адреса и управляющие биты. Адреса используются для указания ячеек в блоках памяти, а управляющие биты можно использовать для задания минимальной задержки.

Размер таблицы соединений задан равным 2048 байт, т.е. система может манипулировать максимум 2048 разными байтами на кадр. Таблица соединений заранее конфигурируется посредством параметра размера и значения указателя для каждой активной выходной линии. Значение указателя содержит адрес, по которому можно найти первый адрес памяти.

Это значение указателя загружается в локальный указатель в начале нового кадра, и указатель получает приращение после извлечения данных из ячейки, адресуемой указателем. Таблица соединений может совместно использоваться 32 различными линиями, но также может быть занята одной. Параметр размера управляет выделением таблицы соединений.

Счетчик временных интервалов используется для индексирования большой памяти при извлечении данных из шины соединительной панели. Поскольку имеется три шины, нужно параллельно извлекать три байта данных. От порядка адресов в каждой части таблицы соединений зависит порядок вывода соответствующих байтов в соответствующих выходных линиях.

Кроме того, на передающей стороне, минимальная задержка означает, что используется только один блок памяти на шину МВР, поскольку данные следует помещать на шину как можно быстрее. Разработчик программного обеспечения должен быть уверен, что место данных не считывается перед записью в том же кадре.

Для хранения данных холостых комбинаций имеется 32 выделенных регистра ЦП. Эти комбинации можно передавать по последовательным линиям.

Элемент таблицы соединений передающей стороны показан на фиг.6. Элемент содержит следующие поля:

ADDRESS - адресация ОЗУ.

MIN - указывает, является ли временной интервал минимальной задержкой.

BUS - "00" - извлекает данные из шины 1.

"01" - извлекает данные из шины 2.

"10" - извлекает данные из шины 3.

"11" - извлекает данные из регистра ЦП.

Настоящее изобретение обеспечивает полную гибкость коммутации временных интервалов, и любые комбинации временных интервалов можно переносить между линиями (изменять порядок и количество временных интервалов) в зависимости от того, как сконфигурированы таблицы для записи в шину МВР и чтения из нее.

Кроме того, задержка на узле может быть очень мала, когда используется минимальная задержка. В действительности она может быть меньше 40 мкс для соединения 2 Мбит/с. В режиме минимальной задержки система не является неблокирующей.

Настоящее изобретение позволяет увеличить скорость соединительной панели и реализовать высокую пропускную способность при относительно низких затратах.

Кроме того, допустимы шина избыточного МВР, мультивещание и широковещание (один передатчик и несколько приемников).

Аббревиатуры

Е1 - метод переноса данных со скоростью 2 Мбит/с.

ЛИНИЯ - последовательные линии (шины) данных, т.е. Е1, STM-1 и т.д.

БП - блок питания.

STM-1 - режим синхронной передачи.

МВР - мультиплексирование с временным разделением.