Atm結點中信令消息的處理的制作方法

專利名稱：Atm結點中信令消息的處理的制作方法
技術領域：
本發明涉及寬帶電信網的結點中，尤其是ATM結點中信元信令的發送和接收。
眾所周知，ATM(異步傳遞模式)是ITU-T，電信領域中的國際標準化組織，選作寬帶多業務網絡(B-ISDN)“目標方案”的面向連接的分組交換技術。信息在

圖1所示信元中傳送，這些信元包括5字節消息頭和48字節信息部分。消息頭中的字段包括VPI(虛擬通路指示器)和VCI(虛擬信道指示器)、凈荷、CLP(信元丟失優先級)和HEC消息頭差錯校驗，利用HEC消息頭差錯校驗可以糾正一個比特的差錯，檢測兩個比特的差錯。
信元的標準大小使得它們能夠進行快速連接。利用VPI和VCI指示器可以區分屬于不同連接的信元。在建立連接時，確定通過網絡的固定路由或虛擬連接，該連接的信元將沿該路徑進行路由尋址。在網絡結點中，按照信元的VPI/VCI值連接信元。信元的VPI/VCI值隨連接空間而定，因而一般與VP或VC級的連接一起變化。當信息傳送結束時，斷開連接。
圖2說明了B-ISDN連接實驗的參考模型，其中功能一方面被劃分成多個層，另一方面又被劃分成多個級。
物理層PHY包括兩個子層，其中子層PM包含隨傳送系統而定的比特值作業，而傳送系統會聚層TC負責將信元適配到每個傳送系統，實現信元定界、信元的消息頭差錯校驗和信元速率的均衡。
ATM層向AAL層提供信元傳送服務。它僅處理信元消息頭，它的任務是信元連接、復用和去復用、信元消息頭生成和消除，以及UNI(用戶網絡接口)的流控制(GFC)。
AAL(ATM適配層)將上層的幀分段，將這些段放入信元中，并在相反端重組幀。
用戶平面負責用戶應用的數據傳送，以及其中所需的控制。原則上，這一層的數據處理僅發生在用戶的終端設備。控制平面包括電話和連接控制功能，以及涉及相關信令處理的功能。這一級僅出現在提供連接相關業務或者參與信令處理的網元中。
管理平面中層管理任務被劃分成兩個部分，包括它自己這層的資源和連接實驗項參數的管理，以及涉及ATM層的結構化使用和維護的OAM信元管理。平面管理的任務是不同級之間的協調以及系統的整體管理。
實現物理層PHY功能的集成電路和ATM層之間的接口由ATM論壇標準化，名叫UTOPIA，ATM-PHY接口規范，級1，此后使用簡稱UTOPIA1，以及UTOPIA，ATM-PHY接口規范，級2，此后簡稱UTOPIA2。實際上，ATM設備必須由按照UTOPIA規范實現接口的商用ATM微電路實現。該接口已成為所有制作集成ATM電路的元件供應商都遵循的事實上的工業標準。在UTOPIA接口中，根據實際的比特速率(UTOPIA級1和級2)，將數據定義成8比特或16比特數據。該接口中僅傳送ATM數據，它包含雙向傳送所需的控制或所謂的握手。電路廠商將ATM層功能作為其電路的主功能實現，因為UTOPIA規范定義ATM層電路為主電路，并且因為廠商無法得知其客戶將在何種環境中使用這些電路。因此，物理層電路是輔電路。連接到UTOPIA總線的輔電路僅可以與主設備通信，而不能彼此通信。
在ATM網絡中，從一個結點向另一結點傳送涉及ATM層的操作和維護的OAM信元，也可以在結點內部傳送。此外，信令消息可以通過線路傳送，其方式與窄帶ISDN網絡中一樣，盡管因為分組交換，需要的信令較少。ATM線路上的信令相當新，現在剛開始成為產品的屬性。信令可以在結點結束，因而信令信元到來并保留在結點中，或者屬于傳送類型，通過該結點轉發。信令的性能要求實現屬于ATM適配層的所謂SAR(分段和重組)功能，這使得在信元流中增加信令信元和從信元流中分離信元成為可能。使用的SAR功能和ATM適配層由處理器控制。
信令信元處理的一個問題是，處理器如何訪問實際ATM線路的信元流。如果使用一個SAR卡，那么它如何向任一線路發送信令消息，以及從任一線路接收消息。
解決用戶設備和ATM結點之間信令消息交換的這個問題的一種方法在申請人Hitachi有限公司的專利申請EP-0355797中給出。該方案的原理在圖3給出。光用戶線通過用戶線接口連接到ATM交換機。它們實現光信號和電信號之間的轉換，并且增/刪信元消息頭。對應的中繼線路接口位于ATM交換機的另一側。交換機中繼線一側的一條總線，總線41，僅保留用于信令信道。該線路連接到線路信令裝置42，后者將ATM信元的凈荷數據組裝成信令消息數據幀，以及對應地，完成數據幀的分段及其在ATM信元中的定位，即圖2中層3的功能。該功能對應于SAR功能。處理器43負責處理該消息。其功能是在信令信元從用戶線到達時，用戶線接口識別該信令信元，將信元消息頭修改成地址總線41，即，線路信令裝置42，并將該信息加入消息頭，它表明信元來自哪根用戶線。在相反方向上，線路信令裝置將數據幀分段成多個信元，將該信息加入到信元消息頭，它表明該信元發往哪根用戶線和哪個用戶設備。用戶線接口接收該信令信元，在將它發送到用戶線之前，修改它的地址。
上述專利申請還給出了實現將信令消息發送到中繼線，以及從中繼線接收這些消息的一種實施例。該實施例在圖4中給出。通過在ATM交換機用戶線一側增加中繼線信令裝置43，可以從中繼線接收信令信元，以及將它們發送到中繼線。該方案是可行的，因為在協議棧方面，用戶線的信令不同于中繼線的信令。
所描述的已知方法的特征在于，指令從中繼線和從用戶線到達的信令信元通過ATM交換機，在其另一側釋放它們，在那里處理數據，其特征還在于，在同一側生成外出信令信元，再次指令它們通過ATM交換機，到達中繼線或用戶線。因此，信令信元的處理在一個地方集中完成。
這種已知方案的優點在于，可以通過高效處理器來完成集中信令處理，從而信令軟件也可以相當龐大。但是，在某些應用中傾向于在ATM交換機中信令信元到達以及發送信元的一側完成信令。這當然可以通過以下方式來完成以分布方式執行信令，從而每條線的信令處理都不相同。但是，與集中方法相比，這會導致處理需求大幅度增加。如果結點的兩側都需要發出信令，那么已知方法還要求ATM交換機兩側的信令處理不同。該方法的另一缺陷在于，它沒有靈活地模塊化。如果線路的數量發生變化，那么必須改變集中信令單元。盡管該方法給出了線上信令方案，但其信令不僅必須執行，而且ATM結點中內部信令與線路信令的處理不同。內部信令必須通過卡間總線實現，這是一種要求過高的方法，它還增加了成本。在使用已知方法時，必須已在線路信令裝置中切換到ATM信元流，這也是一個相當苛刻的要求，實際上難以實現。
本發明旨在給出一種在最少情況下僅使用一個線路信令裝置就可以滿足ATM結點任一方向中信令需求的方法和交換裝置。通過該裝置，可以完成線路信令和結點內部信令。
該目的通過獨立的權利要求書所定義的屬性來實現。
本發明的基本思想在于，使用ATM交換機向信令信元輸入側和處理信令信元的裝置返回信令信元，該裝置位于該處以實現SAR功能。按照本發明，信令信元處理裝置通過標準的UTOPIA接口連接到ATM層電路。如果從ATM層電路來看，該處理裝置與通過將光纖與ATM結點相連的UTOPIA接口連接到它的那些物理層電路沒有任何不同。ATM層電路通過消息頭識別從該線路到達的信令信元，將它們從信元流中取出，加入物理電路標記以指示它們來自哪根輸入線路。之后，將它們發送到ATM交換機，后者將這些信元連接到輸出緩沖器。在輸出緩沖器中，修改信元消息頭，用到達的信令信元所通過的物理電路標記替換VPI/VCI信息，并將舊標記替換成新標記，ATM層電路通過新標記指令修改后的信令信元通過UTOPIA接口到達信令信元處理裝置。來自該交換機的其它信元具有普通的VPI/VCI消息頭和目標物理電路標記，所以ATM層電路能夠通過UTOPIA接口引導它們到正確的物理電路，后者將它們進一步發送到光纖。
信令信元處理裝置通過在新的修改的信令信元中插入其數據，以類似方式生成響應消息。但它不提供VPI/VCI值，而是向它們提供目標物理裝置的地址，引導它們通過UTOPIA接口到達ATM層電路。這將在修改的信令信元之前加入一個表明信令源的標記。之后，該信令還通過ATM交換機進入輸出門，后者按照標準，再次通過以下過程將該信元修改成信令信元識別該信令信元，將舊標記替換成新標記，利用該標記引導信元通過UTOPIA接口到達正確的物理裝置，后者將其進一步發送到光纖。
不論信令信元通過用戶網絡接口(UNI)還是通過網絡網絡接口(NNI)，處理單元都可以從ATM交換機的任一側接收信令信元。
通過這種方式，通過ATM交換機傳播信令信元，使得在ATM級就已使用已存在的結點電路連接到信元流。
下面借助后附概圖，詳細描述本發明，在附圖中圖1示出了ATM信元的字段；圖2給出了ATM系統的參考模型；圖3和4示出了已知的信令信元方法；圖5示出了本發明的基本原理；以及圖6示出了信令信元的傳播。
按照圖5，線路信令裝置56完成信令，包括生成信元凈荷并放入數據幀，以及相應的生成數據幀并放入信元的SAR功能，它位于ATM交換機53之前，使得它能夠連接到位于ATM層的處理單元。線路信令裝置與利用標準UTOPIA接口實現ATM層功能的電路52通信。該圖中，示出了4個PHY電路，表明在一個電路卡上有4個STM-1(同步傳遞模式)連接。STM-1是已知的數據傳送基本結構，用于同步數字序列SDH。這種基本幀的比特速率是155-520kbit/s。實際上，一個卡上的連接數量受限于光連接所要求的相當大的空間。
信令消息的處理由處理器57執行。線路信令裝置56使用處理器總線與處理器57通信。如果具有PHY電路和ATM層電路的線路信令裝置的連接通過UTOPIA接口，這為線路信令裝置的定位，即信令在何處及如何完成，提供了很大的自由度。這樣，實現SAR功能的裝置和處理器可以位于例如一個PHY電路卡51，位于一個單獨的卡，從而不需要單獨的ATM線路連接，或者每個PHY卡可以有一個單獨的線路信令裝置和處理器，從而使信令功能分布化。因此可以使用一個較便宜的處理器。
該圖所示連接具有以下簡化功能。來自光線路A的信令信元可以是UNI或Nni類型信元，它到達該線路終止端的PHY卡51，將信元修改成電形式，并發送給ATM層電路52，后者將信元發送給ATM交換機的輸入緩沖器。因此，該元件區(yard)將該信元進一步交換到元件區另一側的輸出級。在輸出門中，檢查信元消息頭字段中的VPI/VCI值。在標準ITU-T I.361 B-ISDN ATM Lay Specification中，將保留用于特定目的的VPI/VCI值固定成一張表。該表分別列出了保留用于不同類型的OAM信令信元的值，以及保留用于通用和點對點信令的值。如果輸出門注意到VPI/VCI值指示該信元是信令信元，則進行修改，其中VPI/VCI被替換成線路信令裝置56的標記。該信元被返送給ATM交換機，ATM交換機將該信元引回元件區的另一側，到達ATM層電路52，后者將信元進一步通過UTOPIA接口引導到線路信令裝置56。
以上描述非常簡單。借助圖6，我們將給出在信元從輸入線路傳播到線路信令裝置時，對信令信元及其消息頭的操作的較為詳細的描述。
在該圖所示情況下，一個網絡接口電路卡有4個PHY電路PHY1...PHY4，線路信令裝置56，處理器57和ATM層處理電路52。因為ATM層處理電路52通過UTOPIA接口看到了PHY電路和線路信令裝置56，所以它不需要知道線路信令裝置56的存在信息，而是如同看到了5個PHY電路。這使得在ATM結點中加入按照本發明的裝置較為容易。下面考察來自光纖的ATM信元C的傳輸過程。這些信元由灰矩形表示，其中箭頭表示傳播方向。信元可以是UNI類型，NNI類型，或者OAM類型。
如果光信號到達PHY1電路，它首先將其修改回電形式，然后發送到UTOPIA總線。ATM層電路52接收信元并處理其消息頭字段。ATM層電路52充當PHY電路的主機，所以在從總線接收信元時，它總是知道該信元從哪個PHY上發送。ATM層電路52在接收的信元上增加了一個標記，用以表明該信元來自哪個PHY電路，在本例中，該標記表明信元來自PHY1電路。之后，ATM電路52將信元連同其標記一起發送給ATM交換機53。
交換機檢查輸入緩沖器中ATM信元的VPI/VCI值，據此連接到正確的輸出緩沖器。在這種情況下，輸出緩沖器與輸入緩沖器位于元件區的同一側。按照信元消息頭的VPI/VCI值進行連接。因為終止卡上的光纖在作為例子示出的情況下是4個PHY電路，每個電路同時可以有VPI/VCI值相同的連接，這樣的VPI/VCI值為交換機提供的交換信息是不夠的，但它還必須知道該信元來自哪個PHY電路，即光纖。它根據ATM電路加入到該信元的標記得知該信息。在輸出門中，ATM交換機以已知方式對尋址到以下結點的信元進行地址修改，其中舊的VPI/VCI被替換成新的VPI/VCI值。因為按照標準，信令信元可以容易地根據其VPI/VCI值與其它信元相區分，所以輸出門中，信令信元的VPI/VCI值終究沒有替換成新的值，而是舊的VPI/VCI值被替換成PHY1的標記。指向PHY1信元的原標記被替換成指向線路信令裝置56的新標記。因此，信元消息頭包含字段“線路信令裝置標記+PHY標記”。應當注意，在修改之后，信令信元不再符合標準，因為其消息頭不再符合標準中信令信元的定義。
在地址修改和標記替換之后，ATM交換機從其輸出緩沖器發送修改后的信令信元給某個網絡接口卡，該信元從該卡到達。該卡上的ATM層電路52從總線接收信令信元。該電路檢查接收的信元標記，將信元導向該標記所指示的目標。這樣，修改后的信令信元，即具有線路信令裝置標記的那些信元，被導入線路信令裝置56。因為這些信元的消息頭也包含從光線路接收所述信令信元的PHY標記，所以線路信令裝置56能夠從到達的信令信元中區分每個PHY電路所發送的信元，將它們歸入它們自己的組中，并組裝該組中屬于相同信令消息的那些信元。通過這種方式，還可以區分從該圖中PHY1電路到達的信令信元。
線路信令裝置中的操作主要基于已知原理它的SAR功能從接收的信令信元，即從PHY1電路發送的那些信元中分離出凈荷，將它們依次加入數據幀，直至屬于以信元形式發送的消息的所有這些信元都被接收。在接收完消息的數據幀F之后，線路信令裝置56通過處理器總線發送幀給處理器57進行處理。
從上面的描述中顯然可以看出信令信元是如何從線路信令裝置傳送到正確的PHY電路，并進一步傳送到光纖。如果處理器已處理完該消息并生成了響應消息，那么它將該消息作為數據幀通過處理器總線發送給線路信令裝置56。它的SAR功能將該消息分段，并將每一段插入其自己的信元。它沒有在信令信元中放入任何標準的VPI/VCI值，而是使用了PHY電路標記，在該例中是PHY1的標記。線路信令裝置將它生成的信令信元發送到UTOPIA總線。ATM層處理電路52當然知道它所接收的信元發自線路信令裝置56，它在該信元中加入表明信元源的標記。之后，它發送信元給ATM交換機。
在交換機中，響應消息的信令信元通過元件區，其路徑與信令消息的信令信元相同，但方向相反。在元件區的輸出門，進行地址修改，其中信元中線路信令裝置56的標記被替換成信令信元的標準VPI/VCI值。在修改過程中，標識線路信令裝置56的標記也被替換成新的標記，在本例中是PHY1標記。信元頭現在包含字段“按照標準的PHY1+VPI/VCI識別標記”。信令信元現在符合標準。在這些步驟之后，ATM交換機從輸出緩沖器發送信元給信元的網絡接口卡，后者包含目標PHY1。
卡上的ATM層處理電路52接收屬于該響應消息的信令信元，檢查它的地址字段。它注意到該標記指向PHY1電路，所以作為該電路的一個主機，它通過UTOPIA總線發送信令信元給所述PHY1電路。在接收到信令信元之后，PHY1將其修改成光形式，發送給光纖。
所提到的信令信元通過ATM交換機的傳播可以相當直接地實現，它具有若干優點。實現物理連接的每個PHY電路訪問線路信令裝置的能力相同，因而具有相同的SAR功能性能。從該結點的角度來看，連接管理在信令和用戶連接方面沒有不同。此外，在需要時，信令可以使用UTOPIA總線的整個帶寬，盡管PHY電路當然會因此遭受損失。結點的統計保持和監控功能也可以用在信令方面。
在權利要求書中的屬性范圍內，也可以以不同于上例的方式實現本發明，其中每個網絡接口卡具有帶SAR功能的線路信令裝置。也可以僅使用一個線路信令裝置，例如位于單獨的卡上，它與其高效處理器一起使用，負責所有的信令。
權利要求
1.一種在寬帶電信系統中實現物理功能的電路(PHY)和處理并生成信令信元的裝置(56)之間傳送信令信元的方法，包括ATM交換機(53)，它包括若干輸入門和若干輸出門，將發往輸入門的信令信元連接到輸出門，電路(52)，它實現ATM層功能，功能上連接到交換機，并處理信元消息頭，實現物理功能的電路(PHY)，每個PHY一方面通過相同接口連接到實現ATM層功能的電路(52)，另一方面連接到傳輸線，其特征在于，處理信令信元的裝置(56)通過所述相同接口連接到實現ATM層功能的電路(52)，以及信令信元通過ATM交換機在實現物理功能的電路(PHY)和處理并生成信令信元的裝置(56)之間傳送。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，在ATM交換機的輸出門，通過以下過程將從實現物理功能的電路(PHY)到達的普通信令信元修改成修改的信令信元將標識信元為普通信令信元的信息(VPI/VCI)替換成唯一標識實現物理功能的電路(PHY)標記，并增入一個標記，表明修改的信令信元必須發往處理信令信元的電路(56)，在ATM交換機的輸出門，通過以下過程將從處理信令信元的裝置(56)到達的修改的信令信元修改成普通的信令信元將唯一標識實現物理功能的目標電路(PHY)標記替換成標識該信元為普通信令信元的信息(VPI/VCI)，并加入一個標記，表明修改的信令信元必須發往該標記所指示的實現物理功能的電路(PHY)。
3.根據權利要求2的方法，其特征在于，通過以下過程加入表明修改的信令信元必須發往處理信令信元的裝置(56)的標記替換實現ATM層功能的電路(52)在信令信元中加入的標記，它唯一標識實現物理功能的電路(PHY)。
4.根據權利要求2的方法，其特征在于，通過以下過程加入表明處理信令信元的裝置所生成的修改的信令信元必須發往實現物理功能的特定電路(PHY)的標記將唯一標識實現物理功能的目標電路(PHY)標記替換成標識該信元為普通信令信元的信息(VPI/VCI)，并加入一個標記，表明該普通信令信元必須發往該標記所指示的實現物理功能的電路(PHY)。
5.根據權利要求1的方法，其特征在于，信令信元是從傳輸線路到達的信元。
6.根據權利要求1的方法，其特征在于，信令信元是在ATM結點中傳送的信元。
7.根據權利要求1的電信系統，其特征在于，信令信元是按照標準的OAM信元。
8.一種寬帶電信系統，包括ATM交換機(53)，它包括若干輸入門和若干輸出門，將發往輸入門的信令信元連接到輸出門，電路(52)，它實現ATM層功能，功能上連接到交換機，并處理信元消息頭，實現物理功能的電路(PHY)，每個PHY一方面通過相同接口連接到實現ATM層功能的電路(52)，另一方面連接到傳輸線，其特征在于，處理信令信元的裝置(56)通過所述相同接口連接到實現ATM層功能的電路(52)，從而所述電路看到處理信令信元的裝置(56)和實現物理功能的電路(PHY)具有相同的值，以及ATM交換機在實現物理功能的電路(PHY)和處理并生成信令信元的裝置(56)之間傳送信令。
9.根據權利要求8的電信系統，其特征在于，處理信令信元的裝置(56)與傳輸線一樣位于同一張電路卡。
10.根據權利要求8的電信系統，其特征在于，處理信令信元的裝置(56)位于它自身的電路卡上，公用于所有傳輸線。
11.根據權利要求8的電信系統，其特征在于，ATM交換機在輸出門進行修改之后，將發往輸入門的信令信元發回在輸入側實現ATM層功能的ATM電路(52)。
全文摘要
按照本發明,使用ATM交換機向信令信元的輸入側和某個裝置返回信令信元,該裝置位于該處以處理信令信元,且實現SAR功能。信令信元處理裝置(56)通過按照標準的UTOPIA接口連接到ATM層電路(52)。從ATM層電路來看,該處理裝置與通過將光纖與ATM結點相連的UTOPIA接口連接到它的那些物理層電路(PHY)沒有任何不同。通過ATM交換機(52)將信令信元傳回輸入側,在輸出緩沖器中,修改信元消息頭,用到達的信令信元所通過的物理電路標記替換VPI/VCI信息,并將舊標記替換成新標記,ATM層電路通過新標記指令修改后的信令信元通過UTOPIA接口到達信令信元處理裝置。
文檔編號H04Q11/04GK1263683SQ98806649
公開日2000年8月16日 申請日期1998年6月26日 優先權日1997年6月27日
發明者蒂莫·伊略恩, 朱哈·塞苯恩, 特勞·特薩瓦因, 亞尼·托米斯特 申請人:諾基亞網絡有限公司