專利名稱：受控接續異步傳遞態交換機的制作方法
技術領域：
本發明涉及異步傳遞態(ATM)交換機，尤其涉及ATM交換機系統內信息流控制和等時業務的實現。
異步傳遞態(ATM)也稱為“傳遞元中繼”，是一種基于電信標準的技術，設計來滿足公用網在很寬的數據速率范圍內數據同時復用和交換的要求。這些要求產生于正在出現的多媒體、高速數據和圖像通信等各種應用。ATM是一種基于快速分組交換原理的統計復用和交換方法，與目前數字交換機所采用的電路交換技術完全不同。ATM為聲音、數據和圖像通信配置專用的電路，將每一類通信業務中的信息流劃分成各個“傳遞元”，每一傳遞元包括指定該元內所載信息發送去處的地址或流向。流向指令以標志符的形式加在該元所載的信息中，當該傳遞元經過ATM交換機時，由該交換機處理。
促進人們設計寬帶ATM交換機結構的因素有多種1.適應聲音、圖像、數據等形形色色業務的需要;
2.交換機工作時所必需的高速度(從155Mb/s到超過1.2Gb/s);
3.數據通信的猝發性。
如果通信網繼續在中央位置部署大型交換機，那么就要有大容量ATM交換機。假定這樣一套交換機為50，000至100，000個用戶提供服務，且每一用戶工作速率為SONET STS-3(155Mb/s)，則交換機對用戶接口的總用戶接續容量每一流向約為10萬億位每秒(Tb/s)。如果任一時刻僅有十分之一的用戶使用分配到的接續容量，那么該大容量ATM交換機的核心必須交換約1Tb/s的業務，這一數值比現有的市內數字交換機的容量大若干數量級。
以往曾有人提出幾種高性能分組交換結構。它們可以歸類為不同的層次結構-內部緩沖器，輸入緩沖器，輸出緩沖器，共用緩沖器或這些緩沖器的各種組合。內部緩沖的交換機包括緩沖榕樹狀(banyan)網絡。假定榕樹狀交換機在中間級具有單個信息元緩沖器，并具有平衡和均勻的業務模式，則其最大的通過量僅為大容量ATM交換機要求值的大約45%。輸入緩沖的結構包括帶振鈴保留的分批榕樹狀(Batcher-banyan)網絡，或者包括具有并行集中共搶判決的自選路縱橫制網絡。由于“排頭居先”(HOL)造成的阻塞，其最大通過量約為所需值的58%。其它如允許每一輸入端口的兩個傳遞元與其余傳遞元競爭的技術將輸入緩沖結構的最大通過量提高至所需值的約70%。
其余類型的ATM交換結構各有其優點。例如，帶輸出緩沖的交換機已被證明在大型的交換結構中具有最佳的延遲/通過性能。共同緩沖器結構則表明其極大地改善了存儲器利用率。已有技術中其余的交換機包括那些配備有混合的輸入、輸出緩沖器的交換機以及帶有內部及輸出緩沖器的陽光(Sunshine)交換機。除了點對點交換機之外，還有人提出了幾種一點對多點的ATM交換機。
每一類交換機結構有其自身的優點和不足。例如，分批榕樹狀網絡比縱橫制網絡交換單元少，但由于各級之間的互連線不等同，并且線長差別隨著網絡增大而加劇，所以在每一級使所有信號同步的難度較大。相反，縱橫制網絡有較多單一和常規的互連線，使同步較方便，但交換單元較多。
所有的已有技術交換機，以及當前在ATM交換領域中的大多數研究發展方向都是開發數量更多和更復雜的交換核心，以便提供在最大設計業務負載下工作的大型中央交換機所必需的交換容量。這類交換機中已經設計了采用十二塊以上ATM芯片的網絡，以提供確保傳遞元通過交換核心概率高所必需的在緩沖器和多重路徑。但是，也很需要為各種通信網中小規模中繼節點而最優化設計的高質量ATM交換機。已有技術ATM交換結構無論規模大小，都未利用接續控制解決容量、通過量和呼損問題，都不能提供等時服務。
本發明的一方面是一種異步傳遞態(ATM)交換機，包括一個交換核心矩陣和多個電氣連接交換核心矩陣輸入和輸出點的交換端口。交換端口傳輸和接收來自交換核心矩陣的信息元。交換核心矩陣通過其多個行、列和交叉點為矩陣輸入點至輸出點的信息傳遞元提供路徑。交換核心具有一點對多點播發功能。交換端口形成ATM交換機和外部通信裝置之間的接口。此外，交換端口通過交換核心接口與交換核心矩陣連接，并通過來自交換核心矩陣交叉點的反饋信息控制對交換核心矩陣的接續。對交換核心矩陣的接續可以由一個或多個輸入緩沖器控制，該緩沖器存儲信息傳遞元，直至交換核心矩陣中選定的路徑空出為止。為增強交換能力，可以將多個交換核心矩陣鏈接。
本發明的另一方面是一種控制通信系統中信息傳遞元流動的方法。該方法首先為具有多個行、列和交叉點的交換核心矩陣輸入點至輸出點的信息傳遞元提供可選擇路徑。然后，將多個交換端口電氣連接交換核心矩陣的輸入和輸出點，以對其收、發信息傳遞元。隨后將每一交換端口連接一個外部信息傳遞元通信裝置，并控制每一信息傳遞元可進行的對交換核心矩陣的接續。該控制接續的步驟還可包括將該信息傳遞元存儲在每一交換端口的一個或多個緩沖器中，直至交換核心矩陣中選定的路徑空出為止。
本發明的一個目的在于提供有接續控制的ATM交換機，它使交換機的連接質量可由所連裝置控制，因而交換器核心不需要大規模緩沖器。
本發明另一目的在于提供一種ATM交換機，它最大限度地利用具有猝發性的數據通信業務所能使用的帶寬，并極大地減少了交換機的呼損率。當已有技術交換機的某一級在其緩沖器占滿的情況下傳輸一信息傳遞元時，常有傳遞元丟失。在實施接續控制時，信息傳遞元保存在其規模按所處理業務類型而定的輸入緩沖器中，直至有可用的輸出緩沖器或端口。因為只有當輸入緩沖器過載時才會發生信息丟失，所以極大地減少了呼損，并且，如果輸入緩沖器大小適當，那么過載情況極少。
本發明再一目的是提供一種功能類似于局域網(LAN)的ATM交換機，從而使該交換機能較好地處理未來公用網的數據通信需求。
本發明又一目的在于提供一種適應不同速度通信裝置的ATM交換機，從而能在以后進行升級和連接有更高速度性能的新裝置，例如連接SONET STS 12c裝置，而不致影響已連接的速度較低的裝置。這一目的保證在同時將交換核心升級到更高速度的前提下，已有設備可升級，而無需替換整個ATM交換機。
本發明的目的還在于提供一種ATM交換機，它可以作變動，以在傳輸信息傳遞元時提供預定的延遲，從而實現所謂的等時業務。
本領域的熟練人員參照下列附圖將能更好地理解本發明及其眾多目的和優點，其中
圖1是本發明的系統中所用類型的受控接續ATM交換機主要部分的簡化框圖;
圖2是圖1的ATM交換機的簡化功能框圖，示出交換端口和交換核心之間的數據流，以及本發明的系統中輸入緩沖器在交換核心中的設置位置;
圖3是ATM交換機的簡化功能框圖，示出在本發明的系統中從交換端口監視和控制操作及維護功能的方式;
圖4是簡化框圖，示出與本發明的受控接續ATM交換機相連的所有通信裝置如何通過交換端口接續交換核心;
圖5是簡化的功能框圖，畫出由本發明的受控接續ATM交換機所實現的邏輯交換和空分交換功能;
圖6是簡化的功能框圖，畫出按矩陣結構鏈接若干受控接續ATM交換機時的邏輯和空分交換功能;
圖7是簡化的功能框圖，示出在本發明的受控接續ATM交換機中實現邏輯和空分交換功能的三個通信規約級之間的結構和聯系;
圖8是說明一個交換端口與一面交換核心之間的交換核心接口(SCI)的實際連線框圖;
圖8a是在交換核心接口(SCI)各個方向上傳送的通用傳遞元字節圖;
圖8b是在交換核心接口各個方向上傳送的一個信息傳遞元的字節圖;
圖8c是在交換核心接口各個方向上傳送的維護傳遞元字節圖;
圖8d是在交換核心接口各個方向上傳送的空閑傳遞元字節圖;
圖9是本發明的受控接續ATM交換機一個實施例的簡化框圖，其中，輸入交換端口和交換核心矩陣至目標交換端口的出口有相同數量的邏輯緩沖器;
圖10是本發明的受控接續ATM交換機一個實施例的簡化框圖，其中，所有至目標交換端口的交換核心出口采用單個邏輯緩沖器;
圖11是簡化框圖，示出本發明受控接續ATM交換機的交換端口輸入側的緩沖器優先度安排和可變緩沖器規模的采用;
圖12是功能框圖，示出本發明受控接續ATM交換機中交換端口與交換核心連接，以及交換矩陣接續機構所采用的原理;
圖13是功能框圖，示出仍具備本發明的受控接續ATM交換機所需功能的交換核心矩陣中緩沖器配置的最少方案;
圖14是功能框圖，示出本發明的受控接續ATM交換機采用中等數量緩沖器時交換核心矩陣中緩沖器的配置;
圖15是功能框圖，示出在完整方案中交換核心矩陣內緩沖器的配置，該方案中，本發明的受控接續ATM交換機每一矩陣交叉點采用深度為一個傳遞元的一個緩沖器;
圖16是交換核心矩陣最高一級的框圖;
圖17是交換核心矩陣行功能單元(RFU)框圖;
圖18是交換核心矩陣列功能單元(CFU)框圖;
圖19是列功能單元(CFU)內控制CFU控制器的功能的軟件程序高級流程圖;
圖20是交換核心矩陣交叉功能單元(XFU)的框圖;
圖21示出某一特定交換端口的交換核心接口中交換端口至交換核心的傳遞元流和交換核心至交換端口的傳遞元流之間的時間關系;
圖22是本發明的受控接續ATM交換機一個實施例的透視圖，其中，在交換端口板所連接的背板上安裝一單片交換核心;
圖23是本發明較佳實施例中速度轉換所用裝置的邏輯框圖。
圖1是實施本發明原理時所用類型的受控接續ATM交換機10主要部分的簡化框圖。本發明的ATM交換機基本上由兩部分組成一個或多個交換端口11和一個交換核心12。每一交換端口11執行ATM交換機10的邏輯交換和緩沖功能，如圖2所示，它分為一個輸入側11A和一個輸出側11B。交換核心12根據每一信息元所附加的標識符，基本上只執行路徑選擇功能，并且可以用單塊芯片實現。這樣極大減少交換核心的硬件和維護費用，并極大地提高其可靠性，在如圖1所示配置一塊第二平面13作為冗余時更是如此。
圖2是簡化功能框圖，示出交換端口11和交換核心12之間的數據流，以及輸入緩沖器14在交換端口11中的位置。在一個實施例中，本發明的交換核心12比已有技術的交換機大為簡化。其部分原因在于輸入緩沖器14從大多數傳統ATM交換機中所處的交換核心12內部，移至交換端口11A的輸入側。因此，交換核心12僅包括一個交換矩陣和矩陣中每一列的狀態寄存器，并附帶一個為信息元公平傳輸而設的優先度安排屏蔽寄存器。交換核心12每一通道或路徑具有僅一個存儲位置的緩沖深度，而沒有處理器或任何用于操作和維護的通信通道。
交換端口11中進行緩沖的結果是在每一個交換端口的輸入側11A必須增大帶寬，以使交換端口能在短時間內接收大量數據，或者幾乎同時地從若干輸入源接收數據。但是，每一緩沖器14的存儲容量可以改變，以符合各交換端口11及其處理的業務類型的各個要求，從而改善系統的總體特性和降低成本。根據所涉及的通信服務類型，各交換端口11可以設計帶有規模不同的輸入緩沖器14，復雜程度也可做得不同。例如，對于通常的電話服務，交換機中通過低數據速率連續信息流，則小規模輸入緩沖器14足夠了。對于數據通信，其信息流更具猝發特征，則需要大規模輸入緩沖器14。這樣，輸入緩沖器14的設計可以根據預期的服務類型而定，并且只設置必需的緩沖空間，所以ATM交換機10的總體成本降低了。
除了修改適合各種情況的緩沖器分配的優點之外，交換端口11中接續控制和緩沖的采用提供了傳遞元通過交換核心12的“保證”，因為交換端口11在確定信息傳遞元通過交換核心12的指定路徑的狀態時將傳遞元保持在其緩沖器14中，并且僅當有一條路徑和一個目的交換端口空出時才釋放該傳遞元。
圖2中的虛線15表示接續監視和規約控制信息(PCI)流，該信息流確定各交換端口11何時能將其輸入緩沖器14中的信息傳輸通過交換核心12。這一監視和控制過程將在后文詳細說明。
交換核心12和不同交換端口11之間的通信可以異步或同步。異步通信由各交換端口11控制，允許某一交換端口以高速率發送和接收信息，同時另一交換端口以低速率發送和接收信息。同步通信要求需要同步的交換端口11在交換核心12中采用一個時鐘分配信號。在這種情況下，一個交換端口作為主機，另一交換端口作為從機。主交換端口向從交換端口發出同步時鐘信號。
圖3是簡化的功能框圖，示出從交換端口11監控操作及維護功能的方式。各交換端口11控制和監視交換核心12中各相應交換端口可用路徑的操作和維護(O&M)功能。圖3中的虛線16a表示在通過交換核心12的路徑中實現O&M功能，而不是在交換核心本身之中。
圖4是簡化框圖，示出與受控接續ATM交換機10相連的所有通信裝置17如何通過交換端口11接續交換核心12。交換端口11具有通信裝置17與交換核心12之間的接口。例如當傳送標準電話通信時，交換端口11可將信號從標準C1載波格式傳換成每傳遞元有多達56個字節信息的ATM分組格式。
圖5是簡化的功能框圖，示出本發明的受控接續ATM交換機所執行的邏輯交換和空分交換功能。實現該功能要通過三個規約級ATM邏輯交換(ALS)18、ATM空分交換(ASS)19和實際成幀21。ALS18具備ATM交換機10與外部通信網裝置17之間的接口，并在交換端口11內執行。ALS18將虛擬信道標識符/虛擬通道標識符(VCI/VPI)入局數字轉換成ATM交換機10輸入和輸出側的出局數字。ASS19是在交換端口11和交換核心12之間傳送信息元的規約。當交換端口11的邏輯地址在交換核心12中轉換成用于空分交換的實際地址時實行ASS19。實際成幀21指示傳遞元的傳遞可與一成幀基準對準，以使交換端口11彼此同步。
在上述三個規約中，ASS19是對本發明最重要的規約。ASS19是在ATM空分交換級執行的功能和程序的集合。該功能部分在交換端口11中，部分在交換核心12中執行。該功能使得能進行傳遞元同步信號和字節同步信號的提取、交換核心12的維護、對交換核心接續的控制和發送/接收傳遞元狀態的確定。該功能由交換端口11傳至交換核心12(或相反)的規約控制信息(PCI)15以及來自上一層或控制層的原語所驅動。
圖6是簡化的功能框圖，示出按矩陣結構或其它如CLOS之類結構鏈接若干受控接續ATM交換機10時的邏輯及空分交換功能。在交換端口(SWP)11a-d中配置大規模緩沖器14允許高度集中，不致損及交換系統的交換核心(SWC)12a-c通過數據通信業務的性能。內交換端口11b和11c的ALS層的虛線象征性地示出有兩個相對的選擇端口。
圖7是簡化功能框圖，示出本發明的受控接續ATM交換機10中執行邏輯和空分交換功能的三個通信規約級之間的結構和聯系。包括53個字節信息的ATM傳遞元24可存儲在ALS-PDU中。當該傳遞元裝入包括56個字節信息的ALS-SDU22中時，有三個字節留出可自由使用。然后，ALS-SDU22與4字節的PCI15一起裝入有60個字節的ASS-PDU27中，再中繼至另一ALS規約實體18或相反。該功能局部在交換端口11中，局部在交換核心12中執行，并由交換端口11傳至交換核心12(或相反)的PCT15以及來自上一層或控制層的原語所驅動。
交換核心接口(SCI)是交換端口11與交換核心12之間的接口。信息傳遞元、維護傳遞元和空閑傳遞元在SCI中混合。信息傳遞元從交換核心12中通過，而維護和空閑傳遞元終止于SCI的兩側。
圖8是框圖，示出一個交換端口11與一面交換核心12之間SCI的實際線路。實際線路包括一條雙向時鐘基準線28、一條自交換端口11至交換核心12的DCLOCK SWP-SWC線29、一條自交換端口11至交換核心12的數據SWP-SWC線30、一條自交換核心12至交換端口11的數據SWC-SWP線31和一條自交換核心12至交換端口11的DCLOCK SWC-SWP線32。這樣，除了時鐘基準線28之外，每一條線都做成平衡線對。
圖8a是通用傳遞元101在SCI上朝各個方向傳送時的字節圖。該傳遞元含有60個字節，字節1的位8在串行比特流中首先傳送。字節1-4構成地址和確認字段102，字節5-60是傳遞元101所攜帶的有效負載(信息)103。作為高數據速率的一種選擇，具體而言，當采用光傳輸線時，可以每隔24位插入一個線路編碼位(LCB)104。再加上兩步加密，LCB104直流平衡良好。交換核心12檢測LCB104，并在各個交換端口11的相反方向上應用同一技術。
傳遞元類型字段(CTF)105是兩個方向上都采用的兩位編碼字段。CTF105中的編碼指示正在傳遞的傳遞元的類型。所包含編碼及其含義如下編碼傳遞元類型注釋00空閑RAF無效，RPF有效01維護攜帶維護指令;RAF、RPF由維護字段替代;見維護傳遞元格式(圖8c)10有效業務低優先度傳遞元;RAF、RPF有效11有效業務高優先度;RAF、RPF有效包含6位的標識差錯校驗(TEC)字段106在SCI兩側發生并校驗。TEC106用于傳遞元同步和傳遞元中前26位的確認。
圖8b是信息傳遞元111在SCI上朝各個方向傳送時的字節圖。信息傳遞元111的字節1-3包括指示交換核心12輸出側各交換端口11的位圖。在發送方向(交換端口至交換核心)上，字節1-3包括中繼地址字段(RAF)25，其中每一位指示交換核心12另一側的一個目標(接收)交換端口。在接收方向(交換核心至交換端口)上，字節1-3包括中繼輪詢字段(RPF)26，并指示目標交換端口哪些被占用，哪些空閑。
圖8c是維護傳遞元121在SCI各方向上傳送時的字節圖。對于與發送交換端口11對應的那部分交換核心12，可以從交換端口11發出大量維護指令給交換核心12。在發送方向上，字節1包含一個兩位的速率數據字段(RDF)122，其中有下列編碼編碼含義00本交換端口與被選址交換端口之間的任何速率差都可適應。
01本交換端口發送速率高于被選址交換端口的接收速率。
10本交換端口接收速率高于被選址交換端口的發送速率。
11本交換端口速率與被選址交換端口同步。
在發送方向上，字節2包含一個給出正在發送維護傳遞元121的交換端口11的地址的6位交換端口地址字段(SPAF)123。有24個交換端口11，用二進制數標出0-23的編號。
在發送方向上，字節3包含一個兩位的平面選擇字段(PLSF)124，該字段選擇執行維護指令的交換核心平面。所含指令如下編碼含義00指令不執行。
01僅平面A執行指令;兩個平面都發送確認信號。
10僅平面B執行指令;兩個平面都發送確認信號。
11平面A和B都執行指令字節3還包含一個4位操作請求字段(ORF)125。ORF125可用于請求這樣的動作，如封鎖或解封被選址交換端口，打開或關閉被選址時鐘基準門，設置本交換端口與被選址交換端口之間的速率數據，對本交換端口設置節流，將本列或行清零，以及設置交換核心內部傳遞元延遲。交換核心內部延遲指令可用于設定交換核心中的延時，使得在所接裝置之間可以實現傳遞元的等時串行傳遞，而沒有不必要的延遲損失。串行等時支援要求所連接的裝置中延遲最小，而可變傳遞元業務支援要求交換端口中延遲最大，以便分析緩沖器狀態。
在接收方向上，字節3包含一個2位操作指示字段(OIF)126，它向交換端口11指示交換端口11至交換核心12的前一傳遞元的狀態。OIF126示出前一傳遞元是否有錯，或者對于交換核心12的維護傳遞元，指示其是否已執行。所含編碼如下編碼含義00未用01交換端口至交換核心的前一維護指令已執行10前一傳遞元中TEC有差錯11對交換端口至交換核心的前一維護傳遞元的字段譯碼有差錯在接收方向上，字節5包含一個5位交換端口標識號127，指示交換核心12賦予交換端口11的號碼。交換端口標識號127對應于發送方向上的SPAF123。
字節5還包含一個1位的同步窗口字段(W)128，指示同步窗口的大小。同步窗口在后文詳細說明。所含編碼如下編碼含義00(缺省)窗口對應于字節2的定時。允許有一額外時間對應于時鐘基準和交換核心內部跳動用的一個字節。
01窗口為60字節交換核心還通過字節6至9發送其本身的項號和版本號，如圖8c的陰影區129所示。
圖8d是空閑傳遞元141在SCI上朝各方向發送時的字節圖。除了發送方向(交換端口至交換核心)上前3個字節142無意義外，空閑傳遞元141與維護傳遞元121相同。
圖9是簡化框圖，示出本發明的受控接續ATM交換機較佳實施例的主要部分，其中，輸入交換端口11a中的邏輯緩沖器14與交換核心矩陣12至目標交換端口11b的出口數量相同。在圖示例中，有“n”個輸入交換端口11a和“n”個輸出交換端口11b。在較佳實施例中，交換核心包含一個有n行12a和n列12b的交換矩陣12。因此，有n個入口交換端口11a和n個出口交換端口11b。
圖9簡化成僅示出單個入口交換端口11a(SWP第X號)、交換核心12中的一行12a和n個出口交換端口11b(SWP1-n)。各入口交換端口11a連至交換核心矩陣12的不同行。例如，入口交換端口SWP第1號(未示出)連接交換核心矩陣12的第1行，入口交換端口SWP第2號連至第2行等等。在圖9中，入口交換端口SWP第X號連至第X行(12a)。圖中示出各出口交換端口SWP1-n連至交換核心12中同一矩陣的行12a。在此具體情況下，出口交換端口連至入口交換端口SWP第X號所連接的第X行。圖中未示出的其它每一入口交換端口連接圖中未示出的相應矩陣行，而圖9所示的各個出口交換端口11b還連接到交換核心矩陣12的其它各行，這在圖9中未示出。
每一入口交換端口11a包括n個輸入邏輯緩沖器14，它們都連至交換核心矩陣12的一行。各個入口交換端口11a的行不同。圖9所示的單個入口交換端口(SWP第X號)包括n個輸入緩沖器14，它們均連至第X行。輸入邏輯緩沖器14按照先進先出(FIFO)的原則存儲和檢索信息傳遞元，在圖9中標為“FIFO1”至“FIFOn”。各緩沖器14實際映像至其對應的交換端口11。
對于第1寄存器(r1)，所作映像是從邏輯緩沖器號變換至實際緩沖器號。例如，這意味著緩沖器n-1(FIFOn-1)將駐入r1的位置n-1，而FIFOn駐入r1的位置n。到達入口交換端口11a的傳遞元在其目的地址字段經過檢驗之后存入與該傳遞元地址的實際目的地對應的FIFO緩沖器14中，亦即，該傳遞元暫時存儲在一個FIFO中，或者排在到目的交換端口11b的隊列中。在圖9中，標號r1、r2和r2表示入口交換端口11a處配置的寄存器。每一寄存器r1-r3具有與緩沖器14總數對應的位位置數量，每一位置對應于某一緩沖器。這些寄存器r1-r3用于將各緩沖器14實際映像至其相應的交換端口11a。圖9未示出的其它入口交換端口11a具有對應的寄存器。
例如，通過在對應于包含信息傳遞元的緩沖器14的那些位位置上設置一個“1”，可以使用寄存器r1。r1中對應緩沖器來占用的位位置可用“0”表示。圖9中，用陰影表示的寄存器r1的位位置表明當前在對應的FIFO緩沖器14中有一信息傳遞元，對應于未占用緩沖器的位位置畫成白色。
寄存器r2包含交換核心12另一側的接收方(目標交換端口)11b的最后狀態，亦即RPF26的內容。每一位位置代表一個目標交換端口11b。具體而言，寄存器r2的位位置1對應于寄存器r2位位置1中的傳遞元所尋址的出口交換端口11b;寄存器r2的位位置2對應于該位置上的傳遞元所尋址的出口交換端口，如此等等。陰影的位位置表示目標交換端口11b空閑，而白色的位位置表示目標交換端口被占用。將寄存器r1的內容和與r2的內容逐位作與運算，并將結果存儲于寄存器r3中(亦即r3＝r1ANDr2)，這樣，寄存器r3僅在存儲“1”(畫陰影)的寄存器位置上示出那些包含可由準備接收信息的交換端口11b接收的傳遞元的FIFO緩沖器14。在圖9所示例子中，寄存器r1的內容表明FIFO1、FIFO3、FIFO4和FIFO(n-1)有單元傳送。寄存器r2的內容表明出口交換端口SWP1、SWP4和SWPn準備接收傳遞元。與運算的結果，即寄存器r3的內容，表明只允許FIFO1和FIFO4發送其傳遞元。拒絕FIFO3發送其單元。因為由寄存器r2位位置3上的“0”所代表的目標交換端口11b的狀態表明目標交換端口11b未準備好接收任何新傳遞元。
為了百分之百地應用本發明的受控接續ATM交換系統的交換容量，同時保證緩沖器不會完全拒收，采用了一個旋轉優先度指示器(稱為“優先度指針”)。來自兩個不同FIFO緩沖器14的傳遞元不能同時通過交換核心，因為兩個傳遞元都在同一交換核心矩陣行12a中傳遞。因此，優先度指示器僅給一個FIFO提供優先。在圖9中，優先度指示器指向寄存器r1中的FIFO3。但是，如寄存器r3所示，目標寄存器11b被占用，所以控制優先度指針的軟件可以將優先權賦與FIFO4。如箭頭23所示，FIFO4將其傳遞元發送給所指矩陣行12a。該傳遞元的地址字段可再次讀出，所尋址的出口交換端口11b提取該傳遞元，并將其傳至相關的裝置17(圖4)。
提取該傳遞元的出口交換端口11b首先在所提取傳遞元的RPF26中設置一個標志，然后將所提取的傳遞元發送給其目標交換端口。RPF26中設置的標志表示出口交換端口11b因收到一個傳遞元而被占用。在這一具體情況下，出口交換端口SWP4提取該傳遞元，設置標志，并將該元送至相關的裝置17。最后，FIFO1被允許發送其傳遞元。
上述僅為構造緩沖器和分析下一次傳送哪一傳遞元的方法的說明性實施例，其它方法也可以采用。例如在一個risc處理器中進行某些簡單運算，就能在1微秒的時間內執行例示的方法。在專用硬件的輔助下，分析速度可達到200納秒以內。
圖10是本發明的受控接續ATM交換機一個實施例的簡化框圖，其中所有對目標交換端口11b的交換機出口采用單個邏輯緩沖器14。在諸如“交換多兆位數據業務”(SMDS)之類用途中，無論交換核心12另一側的尋址輸出如何，單個輸入緩沖器14已足夠。在SMDS中，若干出入口集中到一服務器時，對于臨界容量通道，主業務總是從一個交換端口11傳向另一交換端口。
單個緩沖器14可對一個目標交換端口11b尋址，或者對若干目標交換端口11b成組尋址。圖10中示出成組尋址的簡單兩階段過程。在階段1，寄存器r1以陰影表示緩沖器14中的傳遞元將要送往的目標交換端口11b，本例中為交換端口1、3、4和n-1。寄存器r2以陰影表示有空接收下一傳遞元(RPF26)的目標交換端口11b，本例中為交換端口1、4和n。寄存器r3內容得自于運算“r3＝r1ANDr2”，從而示出在階段1要尋址的目標交換端口11b(RAF25)，本例中為交換端口1和4。
在階段2，發往余下的成組尋址目標端口(交換端口3和n-1)，如寄存器r1中陰影所示。寄存器r2也示出有空接收的目標交換端口11b(2、3、4和n-1)。經過運算“r3＝r1ANDr2”，寄存器r3示出傳遞元要傳送給目標交換端口3和n-1。如果目標交換端口3和/或n-1非空閑，則重復該程序，直到該傳遞元送至所有成組尋址的目標端口。
圖11是簡化框圖，示出本發明的受控接續ATM交換機的交換端口11A輸入側緩沖器優先度安排和可變緩沖器規模的應用。根據有關的通信業務類型，可以采用不同容量的緩沖器14。圖11示出用于可變位速率(VBR)通信的緩沖器35與用于恒定位速率(CBR)通信的緩沖器36之間的不同規模，其中CBR通信被認為需要較少的緩沖容量。
圖11還示出，在ATM交換機10中還可采用對來自各緩沖器的信息安排優先度的方法。例如，高優先度(HPRIO)部分37體現一種對來自CBR緩沖器36的信息賦與較高優先度的方法。緩沖和優先度安排功能全部在交換端口11A的輸入側執行，并對相關通信服務類型優化。
圖12是功能示意圖，示出本發明的受控接續ATM交換機中，交換端口11與交換核心12的連接，以及交換矩陣的接續機構中采用的原理。交換核心12由圖12中行R1至Rn和列C1至Cn所表示的交換矩陣組成。行代表來自輸入交換端口11a的輸入，而列代表向目標交換端口11b的輸出。在矩陣中行號與列號相等的各點，相應交換端口11A的輸入側將一個傳遞元傳給其輸出側11B。例如，在行1和列1的交叉點上，交換端口(SWP)1的輸入側11A將傳遞元傳給行1，然后列1將其中的傳遞元傳給交換端口1的輸出側11B。
交換端口11與交換核心12的連接以及接續機構中采用的原理基于入局和出局傳遞元的相移。相移的程序取決于采用圖9和圖10所示方法處理和裝配RAF25和RPF26所用的時間長度。可能進行的串行/并行轉換也會需要時間。
圖12還示出RAF25和RPF26如何能在不同的時刻出現在第1個交換端口(SWP1)處。在時刻t0，SWP1接收RPF26，它識別所有有空接收傳遞元的目標交換端口11b。然后，交換端口將RPF26與識別哪些目標交換端口11b被SWP1緩沖器14中的傳遞元所尋址的入局RAF25作比較。這一比較包括一個簡單的與(AND)操作，在圖12中由虛線41和42表示。這一比較在時刻t1完成，并識別目標交換端口1和4。SWP1將已尋址的傳遞元傳送給行R1和對應于傳遞元可送往的那些交換端口11b(本列中為SWP1和4)的列1和4。這一傳送在圖12中由RAF25連至交換矩陣中的位置R1、C1和R1、C4的虛線43和44表示。
下一個RPF26在時刻t2到達，并示出目標交換端口SWP2未占用。然后，SWP1將RPF26與指示SWP2被SWP1緩沖器14中的傳遞元尋址的入局RAF25作比較。這一比較由虛線45表示，在時刻t3當傳遞元傳送至對應于SWP2的位置R1、C2時完成。該傳遞元的傳送由RAF25連至交換矩陣中的位置R1、C2的虛線46表示。
在時刻t4，RAF26表示所有目標交換端口11b有空接收傳遞元。但是，在時刻t5，入局RAF25指示SWP1無尋址傳遞元可傳送，因而，與(AND)比較結果為無傳遞元在傳送。
前面提到，交換核心矩陣12每一通道或路徑具有僅為一個傳遞元的緩沖深度。交換核心12中的緩沖器可以用若干方式實現，從配置最少的方案到矩陣每個交叉點帶有一個緩沖器的完整方案等。
圖13是功能示意圖，示出交換矩陣12中緩沖器15配置的最少方案，該方案仍具有本發明的受控接續ATM交換機的所需功能。但是，即使這一最少方案仍具備對諸如“交換多兆位數據業務”(SMDS)之類服務而言足夠的交換能力。
圖13的最少方案在交換核心12的輸入處設置共用緩沖器“組”。假定緩沖器51未占用，則交換核心12將向對應的交換端口11發信號，表示交換核心12可以接收新的傳遞元。圖13中的每一方框51代表組成共用緩沖器組的1至12個緩沖器。緩沖器51的數量可變，但12個是最大有用值，因為在多于12個緩沖器51的情況下，外圍邏輯增大到這樣一種程序，即將緩沖器散布在矩陣的各個交叉點上會更經濟。共用緩沖器組也可以分布在交換核心矩陣12的那些不常用交叉點上。
圖14是功能示意圖，示出當本發明的受控接續ATM交換機中采用中等數量緩沖器時交換核心矩陣12中緩沖器51的配置。圖14所示方案中每一緩沖器51由矩陣12中的兩個交叉點共用，但在本發明范圍內也可以采用其它分割方式。
圖15是功能示意圖，示出在一完整方案中緩沖器51在交換核心矩陣12中的配置，在該方案中，本發明的受控接續ATM交換機中每一矩陣交叉點采用深度為一個傳遞元的一個緩沖器。根據芯片布局和其它物理限制，別的方案也是可行的，并且仍在本發明的范圍內。在一個實施例中，一個20×20的矩陣12加上每一交叉點一個緩沖器51可得大約179，200位的存儲容量，分割成400個56×8的緩沖器。
圖16是交換核心矩陣12最高一級的框圖。交換核心12對于每一交換端口包括3種基本單元，亦即在最佳實施例中每種傳遞元有24個。行功能單元(RFU)61按每一交換端口終接入局傳遞元流62。列功能單元(CFU)63與RFU61同步配對，產生出局傳遞元流64。交叉功能單元(XFU)65通過行總線66從RFU61接收信息傳遞元111(圖8a)，并通過交換核心12中繼信息傳遞元。RFU61丟棄空閑傳遞元141(圖8d)，將維護傳遞元121(圖8c)解碼，并執行。
各CFU63從相連的XFU65中檢索要中繼的傳遞元，并通過列總線67提取那些傳遞元。如果未找到傳遞元，則CFU63產生一個空閑傳遞元141傳送給相連的交換端口11。如果檢測到入局維護傳遞元121，則執行所陳述的指令，并向交換端口11發送確認信號。如果有任一字段超出范圍，則會發送一個出錯確認信號。
每一XFU65存儲一個已選址的傳遞元，并設置一個標識指示有一個傳遞元等著由CFU63卸載。
圖17是交換核心矩陣12的行功能單元(RFU)61的框圖。可以看到，RFU61與交換端口11、列總線67和行總線66及CFU63連接。相位調整器71適配可能從極低速(每秒數位)變化至大約為200兆位/s的技術極限的入局位速率，將入局位速率與入局時鐘對準。傳遞元成幀器72執行的功能是將入局位流轉換成字節格式，并找到傳遞元的起點，以便使RFU61以及關連的CFU63和所有連至RFU-CFU對的XFU65中其它的內部傳遞元同步。RFU61采用標識差錯校驗(TEC)106，以找出傳遞元的起點。行代碼彈出器73可以包括一個5位模25計數器，該計數器通過將每第3個字節延長行代碼位的時間，而從數據流中除去行代碼極性位。RFU控制器74推導出平面選擇字段(PLSF)124(圖8c)、操作請求字段(ORF)125和傳遞元類型字段(CTF)105，并當它們出現在傳遞元數據總線上時存儲其數值。PLSF124、ORF125和CTF105在指定的時間通過行總線66傳送給CFU63。時鐘緩沖器75是由RFU控制器74控制的雙向緩沖器。
圖18是交換核心矩陣12中列功能單元(CFU)63的框圖。CFU63與列總線67(圖16)、RFU61和交換端口11連接。當CFU從RFU61接收到一個指示有一尋址該CFU的傳遞元已送往一交叉功能單元(XFU)65的傳遞元同步信號時，CFU63通過列總線67從XFU65卸載該傳遞元。如果無傳遞元，則CFU63產生一空閑傳遞元141(圖8d)。如果RFU61指示有一維護傳遞元121(圖8c)被送出，則CFU63產生一個維護傳遞元121。將卸載的傳遞元、空閑傳遞元或維護傳遞元加至中繼輪詢字段(RPF)26，并與指示一有效位的時鐘信號一起送往交換端口11。
CFU控制器81控制CFU63的動作。圖19是控制CFU控制器81的功能的軟件程序的高級流程圖。該程序在步驟82傳遞元流開始時啟動。在步驟83，CFU63從RFU61接收傳遞元同步指示，該指示表明已接收到一個尋址CFU63的傳遞元。在步驟84，確定是否有維護指令。如果存在維護指令，則程序進入步驟85，CFU63執行該維護指令。在步驟86，CFU63產生一個維護傳遞元121(圖8c)。但是，若在步驟84確定不存在維護指令，則程序進到步驟87，執行一次掃描，以從XFU65取出一個傳遞元。在步驟88，確定在掃描中是否找到傳遞元。如果未找到，則程序進到步驟89，產生一個空閑傳遞元141。若在步驟88找到一個傳遞元，則程序進入步驟90，從XFU65卸載該傳遞元。
再次參見圖18，根據CFU控制器81的指令，空閑傳遞元發生器91產生出局空閑和維護傳遞元的5至60位。傳遞元裝配裝置92裝配圖8a-8d所示格式的傳遞元。前3個字節通常為輪詢數據，第4個字節包含傳遞元類型字段(CTF)105和標志差錯校驗(TEC)106。除了TEC106之外，前4個字節中的所有數據只有在來自CFU控制器81的控制信號控制下才加入字節流中。另外裝入有效負載103，它可以是從XFU65卸載的一個空閑傳遞元、維護傳遞元或信息傳遞元。對于后來的輪詢結果，在有效負載103之前插入8字節的延遲行。
優先度裝置93在CFU63對XFU65掃描已裝入的傳遞元時存儲掃描的結果，從而支持CFU控制器81。該裝置指出所找到的傳遞元，并向CFU控制器81提供選中的XFU地址。如果掃描結果為負，亦即沒有傳遞元可中繼，則向CFU控制器81指出有一次遺漏。
在圖18中以虛線形式示出一個節流裝置94，它是任選裝置。節流裝置例如可以是5位的可調模計數器。它使所連接的交換端口11可獲得比實際物理速率所允許的低得多的邏輯通過量。
CFU行代碼彈出器95當RFU61作出指示時每25位即插入一個行代碼位。CFU相位對準器96與RFU相位對準器71(圖17)適用于相同的時鐘和級別。另外，CFU相位對準器96將并行數據轉換成串行位流。
圖20是交換核心矩陣12中交叉功能單元(XFU)65的框圖。XFU65連接行總線66和列總線67(圖16)。當中繼地址字段(RAF)25與XFU行地址相符時行總線66上的傳遞元被寫入一個XFU存儲裝置151。如果對某一XFU尋址，則從該XFU65將傳遞元卸載到列總線67。另外，通過輪詢行總線66，讀出當前的XFU狀態。當前的XFU狀態可以從CFU63進行掃描而讀出。
XFU65由XFU控制器152控制，該控制器對行總線66上來自RFU61的入局信號以及列總線67上來自CFU63的入局信號進行譯碼。輸入邏輯裝置153分析行總線66上入局傳遞元中的24位中繼地址字段(RAF)25，以確定所述的XFU是否被尋址。輸出邏輯裝置154確定該XFU65何時被列總線67上的控制線尋址。時鐘門裝置155由一個觸發器和一個由該觸發器所啟動的門組成。上電時，該觸發器處于復位狀態，并且時鐘門被禁止。
XFU存儲裝置151可以是雙端口存儲器，做成3狀態輸出寄存器堆。這種實現方式與交換核心矩陣12的門陣列實施例一致。
圖21示出一具體交換端口11的交換核心接口(SCI)內交換端口至交換核心的傳遞元流和交換核心至交換端口的傳遞元流之間的時序關系。在圖21和較佳實施例中，此二傳遞元流在SWP至SWC的傳遞元流的字節20處同步。交換核心12的處理時間設定實際的同步時間，而且因不同的交換核心實施例而異。SWC至SWP的傳遞元流64以一定的時間間隔緊隨SWP至SWC的傳遞元流62，該時間間隔足以讓交換端口11分析RPF字段26，確定下一傳遞元是否可以對目標交換端口尋址，從而為下一傳遞元建立RAF25。供交換端口進行這一分析并發送下一傳遞元的時間間隔在圖21中由“關聯”箭頭表示，在較佳實施例中，這是傳送40個字節所需的時間。“延遲”箭頭表示可通過操作請求字段(ORF)125(圖8c)中的延遲指令設置的延遲。“先前”箭頭表示操作指示字段(OIF)126(圖8c)與前一SWP至SWC的傳遞元的RAF25之間的關系。OIF126指示前一傳遞元有無錯誤，或者對交換核心12的維護傳遞元，指出其是否已執行。
時鐘基準信號由SCI產生，以便實現傳遞元同步。在較佳實施例中，各交換端口11同步，因而它們的傳遞元起點落入一個對應于兩個字節所需傳送時間的容器中，以便利用全部通過量。考慮到時鐘基準跳動，該窗口加上一個與傳送大致一位所需的時間相應的附加時間間隔。該系統對于交換核心12中的內部跳動還顧及附加半字節時間間隔。
對于本發明的ATM交換機10，可通過若干方法添加冗余度。例如，可以給圖1所示的交換核心12添加第2平面13。平面12和13可以彼此異步，這取決于在交換核心12中可能的傳遞元丟失情況下使交換機同步的難度。增加一個異步平面13使交換端口11成本和復雜度提高，因為交換端口11必須通過若干測量算法做得較智能化。
本發明的受控接續ATM交換機10的交換核心12可以構造在一塊芯片上，該芯片具有用于20個155兆位雙向連接的容量，還有緩沖器51和其余交換核心功能。這樣的單片交換核心12可以直接安裝在比ATM交換機10本身略寬的背板上。圖22是本發明的受控接續ATM交換機10一個實施例的透視圖，其中，每一單片交換核心平面12和13安裝在交換端口板11所連接的相應背板條161和162上。此二背板條可更換，就象其他電路板可更換那樣。它們也無需平直，可以彎曲或者折成90°，因為在每條背板上連接交換端口板11只需要一個交換核心。
如果希望維持較低的工藝水平，則交換核心12可以分成3或4塊芯片，速度和所需的內存相應減少。相反，為了將交換核心升級至620兆位的容量，可以將4塊155兆位容量的交換核心芯片鏈接在一起。這要求在各交換核心12之間設置若干交換端口11。因此，對于許多鏈接結構，ATM交換機10不可以用平面雙重備分的結構。從可靠性角度出發，這不一定不利。平面雙重備分的交換機本質上是有n+1(n＝1)冗余度的交換機。有很多鏈接結構提供n+1冗余度，其中n在該結構的各級都大于1。
本發明的受控接續ATM交換機10的另一優點是內在的接續控制對以不同實際速度工作的不同裝置的連接提供了支持。本發明的ATM交換機可以應付任何速度下的異步通信。盡管這一功能使得交換核心12稍許更復雜和昂貴，但在裝置(交換端口)上獲得的好處超出附加的交換核心成本，并給人以整機價值提高的形象。
通過使ATM傳遞元從屬于幀，可以實現交換核心12的等時服務。利用等時服務，本發明的受控接續ATM交換機10能夠處理STM和ATM通信，并可用于為諸如PABX和公用入網節點之類服務而設置的多媒體終端。
盡管等時服務是在相對于某一125μs從屬幀的特定時間通過交換機10連通的，但它以ATM傳遞元格式為基礎。利用時鐘分配信號，連接某一交換端口11的主裝置可以將其125μs幀同步信號發送給連接其它交換端口的從裝置。然后，這些從裝置將它們的傳遞元安排在主裝置所給出的時間幀內。這樣，當讀出該傳遞元/時隙時在同一列中必須沒有其它時隙請求等時輸出。因此，交換端口11必須協調等時傳遞元的安排，例如通過一個控制管理器進行，該管理器以列為基礎分配等時時隙，因而不會發生傳遞元沖突。
該管理器可以是集中或分散的，因為在交換核心緩沖器51中傳遞元所停留的時間使緩沖器資源浪費，它也可以分配等時時隙，使交換核心12中延遲最小。這樣，最小的交換規模是一個傳遞元，這意味著，在一單幀結構中，可達到的最低分配帶寬是3.6兆位，從而在一125μs幀水平上加速等時服務。
交換機10也可采用多幀結構，這種結構消除了在入局帶寬長于125μs的情況下，“犧牲”一個傳遞元的需要。幀或多幀結構可以基于數據流中的同步模式，或者基于例如8kHz的幀時鐘，或者基于兩者的結合。8kHz時鐘會產生某些跳動問題，但由于它可以通過時鐘分配而形成，所以是一種較低廉的硬件方案。
為了與比傳遞元更低的級別進行交換，受控接續ATM交換機10可以配備一個能在64千位水平上交換155兆位信息流的裝置(4/0裝置)。利用一個4/0裝置，傳遞元的內部結構被分解，字節在傳遞元之間轉移，然后朝各個方向傳送。
對于ATM環境中電路仿真所提出的標準可能會消除在僅有一次轉換器ATM的情況下對于在64千位水平上進行交換的要求。該標準指定ATM傳遞元分配給某一連接，而且部分或全部充填以64千位取樣，從而能更有效地利用交換容量。
應該注意到，本發明的受控接續ATM交換機10若在傳遞元從一個交換端口11通過交換核心12傳送至另一端口時，傳遞元中包含差錯發現機制，在單平面方案下就能工作極好。為此要添加3個附加字節。如果不提高成本，這一方法難以用一個純電路交換機實現。這一功能說明受控接續ATM交換機10適合于用作為多媒體設備的入網交換機。
入口交換端口11a可接收到傳遞元的裝置17中，帶寬會隨裝置而變化。因此，入口交換端口接收傳遞元的速度高于、低于或等于目標交換端口11b向其關聯裝置17輸出傳遞元的速度。這對通過ATM交換機的傳遞元流進行限制，使所收傳遞元的有效負載數據無誤。舉例說，如果目標交換端口輸出其傳遞元至相連裝置17的速度(稱為輸出速度)低于對上述目標交換端口尋址的傳遞元到達入口交換端口的速度(稱為輸入速度)，那么，入口交換端口必須禁止接收和暫時存儲后繼的傳遞元，直到前一傳遞元被出口交換端口收到為止。如果這一規則被破壞，則很有可能下一傳遞元會重寫正在提取的傳遞元的某些部分。這樣，正被提取的傳遞元會含有訛誤的數據。另一方面，若輸入和輸出速度相等，或者輸入速度低于輸出速度，則目標交換端口開始接收前一傳遞元時，入口交換端口就可開始接收新傳遞元，而不含有重寫被提取傳遞元的危險。
根據本發明，利用設置RPF標識和掃描狀態標識(稱為SS標志)的特定規則，來實現上述目的。標識規則的采用使得交換機中可以實現“速度轉換”。速度轉換意味著傳遞元到達交換機的位速率與傳遞元離開交換機的位速率不同。
速度轉換給本發明的交換機帶來一個獨有的特征它能夠將設計成在第1特定位速率下工作的裝置17之一或若干，但不是全部，替換成以不同于前者的第2特定位速率工作的新裝置。
例如，若圖4中的各個裝置17代表分別端接以64kb/s位速率工作的相應中繼線的裝置，則一個或多個中繼線端接裝置可以用設計成端接位速率為155Mb/s的中繼線的新裝置替代，而無需替換所有裝置17。因此，通信網結構的某些條中繼線而非所有中繼線可以升級，并仍然使用同一交換機。這與現有的ATM交換機不同，為了保留同一ATM交換機，現有ATM交換機要求更換所有裝置17，并將網絡的所有中繼線升級。
交換核心至交換端口的傳遞元的RPF字段26包括RPF字段26建立時交換機各個出口交換端口11b的狀態。換言之，RPF26包括所有出口交換端口11b的狀態的簡短描述，而不管特定的交換端口是否已準備接收新傳遞元。RPF字段26的一個位可以比喻成交通指示燈，對于由該位代表的特定出口交換端口的交通作出紅燈或綠燈顯示。如果該位是紅燈，例如將該位設置為邏輯“1”，則與該位所代表的出口交換端口對應的矩陣交叉點處的緩沖器51(圖15)未準備好接收新傳遞元。若該位為綠燈，通過將該位設置為邏輯“0”來表示，則緩沖器15已準備好接收對同一出口交換端口11b尋址的下一傳遞元。
圖23是本發明較佳實施例中用于速度轉換的裝置的邏輯框圖。圖23與每個矩陣交叉點有一個緩沖器51的圖15有關。它示出一組與某個矩陣交叉點(例如行2與列3的交叉點2，3)相關的裝置。除非另外說明，矩陣中其它各交叉點連接類似的一組裝置。圖23還示出到達入口交換端口SWP2的傳遞元被傳送至出口交換端口SWP10時的速度轉換。SWP2處的入口位速率注明“i”，SWP10處的出口位速率注明“o”。有4種情況要考慮，亦即i＞o，i＜o，i＝o和i？o。i？o的表示法意味著i和o之間的差別不明，例如在交換機不知道連接有哪些裝置17時的初始化狀況。輪詢狀態寄存器(PSR)160讀出(輪詢)FIFO緩沖器51的狀態，以便確定緩沖器51是否準備好接收對SWP10尋址的下一傳遞元。該輪詢由虛線161示意。掃描狀態寄存器(SSR)162掃描同一FIFO緩沖器51的狀態，以確定該緩沖器是否含有要傳送的傳遞元。該掃描由虛線163示意。PSR160和SSR162都包括一個帶有置位、復位輸入及輸出的觸發電路。
PSR160的復位是有條件的，由在兩個復位狀態R1和R2之間作選擇的可動箭頭164表示。R1和R2間的選擇由輪詢速率寄存器(PRR)165作出。該PRR165包含的信息涉及到矩陣行2所連裝置(SWP2)的位速率與矩陣列3所連裝置(本例中為連接SWP1-n(圖9)的裝置)的位速率的差別。該信息是靜態的，當交換機初始化，或者某一裝置17由位速率較高或較低的新裝置替代時，裝入PRR165中。
PSR160中的信息是動態的，每當有一傳遞元到達FIFO緩沖器51或者從其中取出時就發生變化。PSR160的輸出信號166是一個RPF位，與當前FIFO緩沖器51所存傳遞元所尋址的輸出交換端口11b(例如SWP10)有關。
對于SSR162，置位是有條件的，可動箭頭167在兩個置位條件S1和S2之間選擇。該選擇由掃描速率寄存器(SRR)168作出。SRR168含有的信息涉及到矩陣行2所連裝置(SWP2)的位速率與矩陣列3所連裝置17(本例中為SWP1-n(圖9)所連裝置)的位速率的差別。與PRR165中的信息類似，該信息也是靜態的，當交換機初始化，或者某一裝置17由位速率較高或較低的新裝置替代時，裝入SRR168中。
上面提出，掃描狀態寄存器(SSR)162是動態的，每當有一傳遞元到達FIFO緩沖器51或從其中取出時就改變。SSR162的輸出169包含一個掃描狀態標識(SS標識)。輸出169連接置于交換核心12中，由所有與矩陣列3相連的交換端口共用的掃描裝置170。因此，對于交換核心矩陣12的每一列有一個掃描裝置。該掃描裝置170掃描FIFO緩沖器51，尋找有傳遞元要中繼給輸出交換端口11b的緩沖器。該裝置讀出在緩沖器中等候的傳遞元標題中所包含的地址。一旦找到一個或幾個這種緩沖器51，掃描裝置170就根據前面參照圖9說明的優先規則，確定哪一緩沖器可發送其傳遞元。該緩沖器51由圖23中標有“交叉點選擇”的輸出信號指明。然后，選中的輸出交換端口(SWP10)開始從FIFO51中取出該傳遞元。
下列邏輯控制對輸出交換端口的接續
表1輪詢狀態寄存器信號事項動作輸出如果交叉點緩沖器51有傳遞元，則將RPF位輸出設為“1”(“紅燈”)如果交叉點緩沖器51無傳遞元，則將RPF位輸出設為“0”(“綠燈”)置位在傳遞元的第1字節寫入交叉點緩沖器51中時R1在傳遞元的第1字節從交叉點緩沖(若PRR165為“0”) 器51讀出時R2在傳遞元的最后字節從交叉點緩沖(若PRR165為“1”) 器51中讀出時表2掃描狀態寄存器信號事項動作輸出掃描字段中出現的位為“1”_在交叉點緩沖器51中有傳遞元“0”_在交叉點緩沖器51中無傳遞元S1當傳遞元的第1字節寫入交叉點緩沖若SRR168為“0” 器51中時S2當傳遞元的最后字節寫入交叉點緩沖若SRR168為“1” 器51中時復位當傳遞元的“第1”字節從交叉點緩沖器51中讀出時表3 在上面的表格中采用正邏輯。從表1中可以看出，當傳遞元開始寫入緩沖器51中時，輪詢狀態寄存器(PSR)160被置位。當緩沖器51中傳遞元的第1字節開始被取出時，若輪詢速率寄存器(PRR)165處于“0”，則PSR160清零。若PRR165處于位置“1”，則當最后的字節從緩沖器中取出時，PSR160清零。
從表2可以看出，當傳遞元開始寫入緩沖器51中時，若SRR168預先裝入“0”，則SSR162在第1字節處置位。若SRR168預置“1”，則在交叉點緩沖器51中傳遞元的最后一個字節處SSR162置位。當第1字節開始從緩沖器51中讀出時，SSR162復位。
表3是狀態表，示出不同輸入和輸出位速率下PRR165和掃描速率寄存器SRR168的狀態。表3的內容由表1和表2的內容和定義確定。若輸入位速率大于輸出位速率(i＞o)，則情況如下當傳遞元的第1字節到達緩沖器時，可以立即開始從緩沖器51讀出該傳遞元。因此，SSR162可以立即置位。根據表2中“當傳遞元的第1字節寫入……”一行和“信號”之下的相應欄，在表3中“掃描速率寄存器”之下i＞o行中，應該填入“0”。輪詢速率寄存器(PRR)165處于被占用狀態的事實表明FIFO緩沖器51中有一個傳遞元。因為讀出速率低于輸入速率，所以PRR165直到最后一個字節從緩沖器51中讀出為止必須不被清零。根據表1的最后一行，給出PRR165的狀態“1”，該“1”反映在表3中輪詢速率寄存器之下的i＞o行中。
另一方面，如果在取出第1字節時PRR165清零，則輪詢狀態寄存器(PSR)160會收到一個早期指示，即FIFO緩沖器51準備好接收新傳遞元。由于老傳遞元的讀出速率較慢，當新傳遞元裝入緩沖器51中時，有很大可能將老傳遞元重寫。因此，這會使老傳遞元的數據出錯。為了防止這種情況，在取出傳遞元的最后一個字節時PRR165被清零。
在相反情況下，即輸出位速率“o”高于輸入位速率“i”(i＜o)，則在傳遞元的最后一個字節未存入FIFO緩沖器51之前，SSR162不清零。這意味著在SSR162中出現“1”(表2)，并在表中“掃描速率寄存器”之下的第2行中給出“1”。假定o＞i，則在讀出第1字節時可以將PSR160清零。當PSR內容(即RPF-字段26)在交換端口中分析時，交換端口能夠將一個新傳遞元傳入緩沖器51。在較慢的新傳遞元到達緩沖器之前，從緩沖器51中讀出該傳遞元。根據表1中“在傳遞元的第1字節……”一行和“信號”欄之下相應的入項，得出“0”，并反映在表3“輪詢速率寄存器”之下的i＜o行中。
若輸入和輸出速率相等(i＝o)，一旦開始從FIFO緩沖器51取出傳遞元的第1字節，就可以將新傳遞元的第1字節寫入緩沖器51中，而不會有數據訛誤的風險。因此，“輪詢速率寄存器”之下i＜o行中的值“o”仍然適用。這樣，在“輪詢速率寄存器”之下的i＝o行中給出“o”。已知表2中的置位條件S1即SRR168為“o”，SRR168可以在傳遞元的第1個字節到達緩沖器51時置位。該“o”給出在表3中“掃描速率寄存器”之下的i＝o行中。
當輸入和輸出位速率未知(i？o)時，在傳遞元的最后字節寫入FIFO緩沖器51之前SSR162不能置位。根據表2，這給出置位條件S2，即SSR168為“1”。該“1”給出在表3中“掃描速率寄存器”之下的i？o行中。在發送一側，被取出傳遞元的最后字節讀出之前，即在表2的復位條件S2下，PSR160不能允許將新傳遞元送入緩沖器51中。該條件下所表示的“1”給出在表3中“查詢速率寄存器”之下的i？o行中。因此，在i？o狀況下，PSR160和SSR162都置“1”。該狀態在ATM交換機起動以及替換裝置17時形成。ATM交換機以此方式構造自身并使自身適應于替代裝置17的位速率。其它所有裝置17保持不變，并在各自的位速率下工作。
在i＝o的狀態下，入口交換端口11a處的傳遞元即使通過同一矩陣交叉點，也可以連結在一起，并且這些傳遞元通過ATM交換機“飛速地”交換。連結在一起的傳遞元將后繼傳遞元的首部接到前一傳遞元的尾部。
這樣，對于本發明根據其示范實施例作了說明，在此可以理解，對于那些本技術領域中的普通技術人員而言，顯而易見可作出許多修改和變化。本文的內容揭示和后文的權利要求目的在于覆蓋所有這類修改和變化。
權利要求
1.一種數據傳遞交換機，其特征在于，它包括一個交換核心矩陣，該矩陣包括多個行、列及其交叉點，為從所述矩陣的輸入點至輸出點的信息傳遞元流提供可選擇路徑；多個在所述輸入和輸出點與所述交換核心矩陣電氣相連的交換端口，用于對所述交換核心矩陣發送和接收所述信息傳遞元流，每一所述交換端口包括連接在外部信息傳遞元通信裝置與所述交換核心矩陣之間的裝置；用于控制對所述交換核心矩陣的接續的裝置。
2.如權利要求1所述的數據傳遞交換機，其特征在于，每一所述交換端口包括一個或多個輸入緩沖器，用于存儲所述信息傳遞元直至所述交換核心矩陣中選中的路徑空閑為止。
3.如權利要求2所述的數據傳遞交換機，其特征在于，每一所述交換端口包括與所述交換核心矩陣的輸出點數量相同的所述輸入緩沖器。
4.如權利要求2所述的數據傳遞交換機，其特征在于，每一所述交換端口包括一個輸入緩沖器，該緩沖器包括用于將所述信息傳遞元編址至一個或多個交換端口的裝置。
5.如權利要求2所述的數據傳遞交換機，其特征在于，每一所述輸入緩沖器根據要通過所述緩沖器的通信業務類型選定其規模。
6.如權利要求5所述的數據傳遞交換機，其特征在于，所述交換器是受控接續ATM交換器，所述控制對所述交換核心矩陣的接續的裝置包括一個ATM空分交換規約，該規約將來自所述交換端口的邏輯地址轉換成所述交換核心矩陣中的實際地址。
7.如權利要求6所述的數據傳遞交換機，其特征在于，所述ATM空分交換規約包括用于識別信息傳遞元所尋址的目標交換端口的中繼地址字段;用于確定所述目標交換端口中哪一個空閑的中繼輪詢字段;用于比較所述中繼地址字段和所述中繼輪詢字段，以確定所述目標交換端口中哪一個被尋址及空閑的裝置;用于將所述信息傳遞元傳給空閑的所述被尋址目標交換端口的裝置。
8.如權利要求7所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于傳送所述信息傳遞元的裝置包括用于給所述信息傳遞元設定優先度，從而使得優先度最高的傳遞元首先被傳送的裝置。
9.如權利要求7所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于傳送所述信息傳遞元的裝置包括用于獨立地使所述信息傳遞元中選中的那些傳遞元延遲傳送，以使該傳送與其它相關信息傳遞元的傳送同步，從而提供等時服務的裝置。
10.如權利要求7所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于傳送所述信息傳遞元的裝置包括一個所述交換端口與所述交換核心之間的完全異步接口，用于使每一所述外部通信裝置能在最佳數據速率下工作。
11.如權利要求7所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于傳送所述信息傳遞元的裝置包括用于使入局和出局信息傳遞元發生相移的裝置;通過測定處理和裝配所述中繼地址字段和所述中繼輪詢字段所需時間長度，確定所述相移的程度的裝置。
12.如權利要求11所述的數據傳遞交換機，其特征在于，交換核心矩陣對于每一所述路徑包括一個或多個單存儲位置緩沖器。
13.如權利要求12所述的數據傳遞交換機，其特征在于，所述單存儲位置緩沖器在所述交換核心矩陣的所述輸入點處設置成共用緩沖器組。
14.如權利要求13所述的數據傳遞交換機，其特征在于，每一所述共用緩沖器組包括一組數量在1和12之間的所述單存儲位置緩沖器。
15.如權利要求14所述的數據傳遞交換機，其特征在于，各個所述共用緩沖器組分布在所述交換核心矩陣中最常用的交叉點上。
16.如權利要求12所述的數據傳遞交換機，其特征在于，每個所述單存儲位置緩沖器由所述交換核心矩陣中的兩個所述交叉點共用。
17.如權利要求12所述的數據傳遞交換機，其特征在于，在所述交換核心矩陣的每一所述交叉點上設置一個所述單存儲位置緩沖器。
18.如權利要求12所述的數據傳遞交換機，其特征在于，所述交換核心矩陣包括用于終接來自所述交換端口的所述信息傳遞元流的多個行功能單元;與所述行功能單元組成同步對，并產生出局至所述交換端口的所述信息傳遞元的多個列功能單元;用于從所述行功能單元接收所述信息傳遞元，并將其中繼給所述列功能單元的多個交叉功能單元;用于在所述行功能單元與所述列功能單元之間傳送所述信息傳遞元流的多條行總線和列總線。
19.如權利要求18所述的數據傳遞交換機，其特征在于，所述交叉功能單元包括一個雙端口存儲裝置，用于存儲所述信息傳遞元，直至其被所述列功能單元卸載為止。
20.如權利要求19所述的數據傳遞交換機，其特征在于，所述交叉功能單元包括一個標識，用于向所述列功能單元指示有一個對其尋址的信息傳遞元正存儲在所述雙端口存儲裝置中。
21.如權利要求20所述的數據傳遞交換機，其特征在于，所述交換核心矩陣構造在單塊集成電路中。
22.如權利要求21所述的數據傳遞交換機，其特征在于，所述交換核心矩陣安裝在所述交換端口與其電氣相連的背板上。
23.一種數據傳遞交換機，其特征在于，它包括多個交換核心矩陣，每一矩陣包括多個行、列及其交叉點，為從所述矩陣的輸入點至輸出點的信息傳遞元流提供可選擇路徑;多個在所述輸入和輸出點與所述交換核心矩陣電氣相連的交換端口，用于對所述交換核心矩陣發送和接收所述信息傳遞元流，每一所述交換端口包括連接在外部信息傳遞元通信裝置與所述交換核心矩陣之間的裝置;用于控制對所述多個交換核心矩陣的接續的裝置。
24.如權利要求23所述的數據傳遞交換機，其特征在于，每一所述交換核心矩陣構造在單塊集成電路上。
25.一種用于控制通信系統內的信息傳遞元流的方法，其特征在于，它包括下列步驟為具有多個行、列和交叉點的交換核心矩陣的輸入點至輸出點的所述信息傳遞元流提供可選路徑;將多個交換端口與所述交換核心矩陣的輸入及輸出點電氣連接，以對其發送和接收信息傳遞元;將每一所述交換端口連至一個外部信息傳遞元通信裝置;控制每一所述信息傳遞元可進行的對所述交換核心矩陣的接續。
26.如權利要求25所述的方法，其特征在于，控制對所述交換核心矩陣的接續的步驟包括將所述信息傳遞元存儲在置于每一所述交換端口中的一個或多個輸入緩沖器中，直至所述交換核心矩陣中選中的路徑空閑為止。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于，存儲所述信息傳遞元的步驟包括根據要通過所述輸入緩沖器的通信業務類型選定各個所述輸入緩沖器的規模。
28.如權利要求27所述的方法，其特征在于，控制對所述交換核心矩陣的接續的步驟包括利用一異步傳遞態(ATM)空分交換規約將來自所述交換端口的邏輯地址轉換成所述交換核心的實際地址。
29.如權利要求28所述的方法，其特征在于，將邏輯地址轉換成實際地址的步驟包括識別信息傳遞元所尋址的目標交換端口;識別空閑的目標交換端口;將所述被尋址的目標交換端口與所述空閑目標端口比較，以確定哪一所述被尋址目標交換端口空閑;將所述信息傳遞元傳遞給空閑的所述被尋址目標交換端口。
30.如權利要求29所述的方法，其特征在于，傳遞所述信息傳遞元的步驟包括對識別所述被尋址目標交換端口并將其與所述空閑目標交換端口比較所需的時間長度進行測定;使入局和出局信息傳遞元發生相移，其相移量等于識別所述被尋址目標交換端口并將其與所述空閑目標交換端口作比較而需要的所述時間長度。
31.如權利要求30所述的方法，其特征在于，向信息傳遞元提供可選擇路徑的步驟包括在所述交換核心矩陣中為每一所述路徑提供一個或多個單存儲位置緩沖器。
32.如權利要求31所述的方法，其特征在于，向信息傳遞元提供可選路徑的步驟包括將所述交換核心矩陣構造在單塊集成電路中。
33.一種數據傳遞交換機，其特征在于，它包括用于提供可選路徑給信息傳遞元的裝置，所述信息傳遞元從一個具有多個行、列和交叉點的交換核心矩陣的輸入點傳至輸出點，用于將多個交換端口電氣連接所述交換核心矩陣的輸入和輸出點，以將信息傳遞元傳送至該矩陣，并從該矩陣接收信息傳遞元的裝置;用于將各個所述交換端口連至一個外部信息傳遞元通信裝置的裝置;用于控制各個所述信息傳遞元可以進行的對所述交換核心矩陣的接續的裝置。
34.如權利要求33所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于控制對所述交換核心矩陣的接續的裝置包括用于將所述信息傳遞元存儲在各個所述交換端口內的一個或多個輸入緩沖器中，直至所述交換核心矩陣中選中的路徑空閑為止的裝置。
35.如權利要求34所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于存儲所述信息傳遞元的裝置包括用于根據通過所述輸入緩沖器所要傳送的通信業務類型選定所述輸入緩沖器規模的裝置。
36.如權利要求35所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于控制對所述交換核心矩陣的接續的裝置包括利用一異步傳遞態(ATM)空分交換規約將來自所述交換端口的邏輯地址轉換成所述交換核心中的實際地址的裝置。
37.如權利要求36所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于將邏輯地址轉換成實際地址的裝置包括用于識別信息傳遞元所尋址的目標交換端口的裝置;用于將所述被尋址目標交換端口與所述空閑的目標交換端口作比較，以確定所述被尋址目標交換端口中哪些空閑的裝置;用于將所述信息傳遞元傳送給空閑的所述被尋址目標交換端口的裝置。
38.如權利要求37所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于傳送所述信息傳遞元的裝置包括用于測定所述被尋址目標交換端口的識別及其與所述空閑的目標交換端口的比較所需時間長度的裝置;用于使入局和出局信息傳遞元發生相移的裝置，相移量等于識別所述被尋址目標交換端口并將其與所述空閑的目標交換端口作比較所需的時間長度。
39.如權利要求38所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于提供可選路徑給信息傳遞元的裝置包括對所述交換核心矩陣中每一所述路徑提供一個或多個單存儲位置緩沖器的裝置。
40.如權利要求39所述的數據傳遞交換機，其特征在于，用于提供可選路徑給信息傳遞元的裝置包括用于將所述交換核心矩陣構造在一塊集成電路中的裝置。
全文摘要
一種異步傳遞態(ATM)交換機，它通過交換端口的邏輯和緩沖功能監視和控制對交換核心矩陣的連接。將邏輯和緩沖功能移至交換端口使交換核心極大地簡化。交換核心矩陣包括多個行、列和交叉點，為從其輸入點傳至其輸出點的信息傳遞元提供路徑。交換核心矩陣中的單存儲位置緩沖器可以在各信息傳遞元通過矩陣時將其暫時存儲再傳出。交換核心矩陣的簡單性使其能構造在一塊集成電路中。
文檔編號H04Q11/04GK1097535SQ94101688
公開日1995年1月18日 申請日期1994年1月29日 優先權日1993年1月29日
發明者拉爾斯·約蘭·彼得松 申請人:L.M.埃利克遜電話股份有限公司