专利名称：在atm交换机中用于提供可确保的帧速率业务的装置和方法
技术领域：
本发明通常涉及一种在异步传输模式(ATM)交换机中用于提供可确保的帧速率(GFR)业务的装置和方法。
可确保的帧速率(GFR)业务是用来支持ATM网中的非实时应用。它是为这样的应用而设计的该应用可能需要一个最小速率保证并且可以从接入网络中可动态可用的附加带宽中得到好处。与可用比特率(ABR)业务不同，GFR不需要附着一个流量控制协议。根据AAL-5PDU(ATM适配层5协议数据单元帧)来执行业务保证。在这里，一个帧是指一个单元，该单元捆绑多个信元以便将其在一个发射线路上发射。虽然帧结构变化取决于在哪一AAL子层处使用一特定的帧，一个帧一般包含一个PDU报头，一个PDU有效载荷，以及一个PDU报尾。可是，在ATM层不能处理这样一个帧结构。因此，通过用一个ATM信元报头的有效载荷类型字段PT来标记一个帧的最后一个信元以便识别该帧。
在拥塞的条件下，网络不是在信元级而是在帧级丢弃信元。因此，可确保的帧速率(GFR)业务要求把用户数据信元按照可以描绘在ATM层上的帧形式组织起来。在建立一个GFR连接之后，结束系统规定一个峰值信元速率(PCR)和一个最小信元速率(MCR)，该MCR与一个最大帧长(MFS)，即，每一帧的信元最大数目一起被规定。用户可以总是以相当于峰值信元速率(PCR)的一个速率来发送信元，但是网络只负责以最小信元速率(MCR)按照完整的帧的形式来传送信元。超过MCR的业务将在可用资源限度内被传送。
上面的业务保证意味着如果用户发送不超过MCR的帧，则用户将盼望看到该帧以最小损耗被传送。GFR业务还允许用户在MCR过度时发送，但是该额外的业务将只在可用资源的限度內被传送。此外，该业务规定来自每个用户的过度业务可以达到对可用源的一个公平共享。
用户可以发送无标记的或者有标记的帧。一个无标记帧是这样一个帧，在其中所有的信元使CLP(信元损耗优先级)＝0，而一个有标记帧是这样一个帧，在其中所有的信元使CLP＝1。通过发送一个有标记帧，用户向网络表明这样一个帧比一个无标记帧次要。最小信元速率(MCR)保证仅被应用到无标记帧上。如果通过信令(对于交换虚拟信道SVC)或者通过预订(对于永久虚拟信道PVC)用户已经请求标记选项，则网络只被允许标记无标记帧中的信元。当网络把它的CLP比特设置为1时则称一个信元被标记。否则，由网络进行的标记不可应用。当前，由于在一个虚拟路径连接中帧描绘通常是不可见的，所以GFR业务种类仅仅应用到虚拟信道连接中。
这里有两个版本的可确保的帧速率(GFR)业务，GFR.1和GPR.2。它们在基于一个基于帧的通用信元速率算法(F-GCRA)测试的处理信元损耗优先级(CLP)比特方面不同。在GFR.1中，通过网络透明地传送CLP比特并且不允许标记。在GFR.2版本中，该标记被允许并且每个信元符合F-GCRA。
在通过互联网的ATM论坛中有关GFR业务的细节是可利用的。作为参考，参见″业务管理规范设计方案4.1″。
正如GFR.2版本中一样，如果网络可以标记不能通过F-GCRA测试的那些帧，则按照帧和网络的状态，通过它们的CLP比特网络可以描绘保证传输的帧。如果这样的帧描绘是可行的，在实施简单性和性能方面这里可以有系统实现选择。然而，正如在GFR.1中一样，如果网络不能标记的话，网络必须依靠用户标记的CLP比特来描绘可确保的帧。如果一个信元与由网络预置的一个业务合同一致的话，则该信元是一致性的，而如果一个信元不与该业务合同一致的话，则该信元是非一致性的。然后，在网络中不允许标记的情况下，可能不描绘该非一致性信元，因此使得难以处理该非一致性信元。
因此，本发明的一个目的是提供一种装置和方法，其根据网络特性通过在一个一致性信元和一个非一致性信元之间进行识别并把它们存储在不同的输出缓冲队列中来用于在ATM中有效地提供GPR业务。
本发明的另外一个目的是提供一种装置和方法，用于通过检查非一致性信元的CLP比特来尽量保护从一个用户处接收的无标记信元。
通过在一ATM交换机中提供一种可确保的帧速率(GFR)业务提供装置就可以达到上面的目的。一种信元一致性部分相对于通用信元速率算法(GCRA)、信元损耗优先级(CLP)比特以及最大帧长(MFS)来把一个测试应用到一个输入帧的每个信元；如果该帧的所有信元都通过了该测试，则把该帧中的每个信元的一致性比特(CB)设置为一个一致性值；以及，如果该帧的至少一个信元没有通过该测试，则把该帧中的每个信元的CB设置为一个非一致性值。一个缓冲管理部分把具有设置了一个一致性值的CB的信元分配到一个高优先级队列中；而把具有设置了一个非一致性值的CB的信元分配到一个低优先级队列中；利用可确保的一个最小信元速率(MCR)发射分配到高优先级队列中的信元；而以在一个网络中可用带宽所允许的一个信元速率来发射分配到低优先级队列中的信元。
在一ATM交换机中提供GFR业务的一种方法，包括步骤(a)相对于通用信元速率算法(GCRA)、信元损耗优先级(CLP)比特以及最大帧长(MFS)，一个信元一致性部分用于把一个测试应用到一个输入帧的每个信元；(b)如果该帧的所有信元都通过了在步骤(a)中应用的测试，则把该帧中的每个信元的一致性比特(CB)设置为一个一致性值；(c)如果该帧的至少一个信元没有通过在步骤(a)中应用的测试，则把该帧中的每个信元的CB设置为一个非一致性值应用的在步骤(a)；(d)在一个缓冲管理部分中把CB设置了一致性值的信元分配到一个高优先级队列中；(e)在该缓冲管理部分中把CB设置了非一致性值的信元分配到一个低优先级队列中；(f)利用可确保的一个最小信元速率(MCR)发射分配到高优先级队列中的信元；以及(g)以在一个网络中可用带宽所允许的一个信元速率来发射分配到低优先级队列中的信元。
在本发明的第一方面，在步骤(a)中所叙述的测试包括通过如下步骤在信元一致性部分中测试每个信元(1)利用一个信元一致性测试器相对于GCRA、CLP比特以及MFS来把一个一致性测试应用到输入帧的每个信元，然后根据测试结果通过不同的路径发射该信元，包括(i)把通过该信元一致性测试的信元发射到一个一致性路径；(ii)把没有通过该信元一致性测试的信元发射到一个非一致性路径；以及，在步骤(b)中所叙述的设置步骤包括(i)利用一个CB设置器把从一致性路径收到的每个信元报头的报头误差控制(HEC)字段中的一个比特设置为一致性值；以及(ii)利用该CB设置器把从非一致性路径收到的每个信元报头的HEC字段中的一个比特设置为非一致性值；本发明的另外一个方面包括在步骤(d)中所叙述的在缓冲管理部分中分配信元，其包括(1)通过利用信元分配器，把具有一致性值的信元分配到高优先级队列而把具有非一致性值的信元分配到低优先级队列；(2)通过提供具有高优先级队列和低优先级队列的一个缓冲队列，在预确定控制之下对被分配的信元进行排队；以及，(3)利用一个队列控制器控制高优先级队列和低优先级队列，以便利用可确保的MCR发射分配到高优先级队列中的信元，而以在网络中可用带宽所允许的一个信元速率来发射分配到低优先级队列中的信元。
在本发明的GFR业务提供方法的另外一个方面中，通过在步骤(d)(3)中所叙述的队列控制器进行高优先级和低优先级队列的控制包括(i)为低优先级队列设置一个预确定拥塞队列深度；以及(ii)当分配到低优先级队列中的信元的队列值大于等于该拥塞队列深度时在帧单元中抛弃该信元。
最后，仍然在本发明的另外一个方面中，GFR业务提供方法包括在网络拥塞时让队列控制器立即抛弃具有设置在低优先级队列中的CLP比特的信元。
当结合附图时，从下列详细的说明中，本发明上面及其他目的、特点以及优点将变得显而易见，附图中
图1是如本发明实施例所述的一ATM GFR业务提供装置的方框图；图2是一个流程图，阐明了在如本发明实施例所述的ATM GFR业务提供装置中的一个信元一致性测试程序；以及，图3阐明了在如本发明实施例所述的ATM GFR业务提供装置中的一个一致性信元和一个非一致性信元。
参考附图在下面将描述本发明的一个优选实施例。为了清楚，没有详细描写熟知的功能或结构，因为它们在不必要的细节上将使本发明不清楚。
图1是如本发明实施例所述的一种ATM可确保的帧速率(GFR)业务提供装置和方法的方框图。
关于图1，本发明的ATM GFR业务提供装置和方法包含一个信元一致性部分100和一个缓冲管理部分110。信元一致性部分100包括一个信元一致性测试器101和连接到该信元一致性测试器101上的一个一致性比特(CB)设置器102。缓冲管理部分110包括连接到一致性比特设置器102上的一个信元分配器111，连接到信元分配器111上的一个缓冲队列113，以及用于控制缓冲队列113的一个队列控制器112。
信元一致性部分100把一个信元一致性应用到一个GFR连接的输入帧的每个单元并且为该信元设置一个CLP比特。
信元一致性测试器101测试一个GFR连接的输入帧的每个信元的有关预确定业务参数。例如，稍后将描述通用信元速率算法(GCRA)，信元损耗优先级(CLP)比特，以及最大帧长(MFS)。在上述的文献 ″Traffic Management Specification DraftVersion 41″中披露了信元一致性测试的概念。
为了清楚理解本发明的主题，参考图2将详细描述信元一致性测试。首先将描述用于信元一致性测试的业务参数和算法。
一个业务参数描述了一个信源的固有特性。它可以是数量上的或者是质量上的。典型业务参数包括峰值信元速率(PCR)，可维持信元速率(SCR)，最小信元速率(MCR)，以及最大帧长(MFS)。PCR的一种定义是一帧之內的信元的最小交互到达时间的倒数。
通过引入信元延迟变化，ATM层操作(例如；信元复用)可以改变连接的业务特性。当来自两个或多个连接的信元被复用时，一个给定连接的信元可能被延迟，同时在多路复用器的输出端又插入另外一个连接的信元。类似地，某些信元可能被延迟而物理层开销或者OAM(操作管理与管理)信元被插入。因此关于峰值辐射时间间隔T(即，合同的PCR的倒数)，当在UNI(用户网络接口)处监视时，一些随机性可能影响一个连接的连续信元之间的交互到达时间。″块(clumping)″的上限测量为信元延迟变化容限(CDVT)。
GCRA用于定义关于业务合同的一致性。对于每个信元的到达，该GCRA确定该信元是否符合该连接的业务合同。GCRA是一种虚拟调度算法或者是本领域熟知的一种连续状态漏斗形算法。OCRA用于定义峰值信元速率(PCR)与信元延迟变化容限(CDVT)之间的关系，以及SCR与猝发容限(BT)之间的关系。具有两个参数来定义OCRA增量(I)和极限值(L)。概念″GCRA(I，L)″是指具有设置等于I的增量参数值和设置等于L的极限参数值的通用信元速率算法。
GFR一致性定义是以相对于下列条件的一帧的每个信元的一致性为基础的。如果该帧內的所有信元都是一致性的，则一帧是一致性的，但是如果它的一个或多个信元是非一致性，则它是非一致性的。
如果下列三个条件都符合的话，则一个用户产生信元是一致性的1.该信元符合GCRA(1/PCR，CDVT)。
2.该信元的CLP比特具有与该帧的第一信元的CLP比特相同的值。
3.该信元或者是该帧的最后一个信元或者，等于或包括此信元在內的该帧中的信元数目小于MFS。
图2是一个流程图，阐明了在图1的信元一致性测试器101中在一输入帧的每个信元的一个GFR信元一致性测试。
参考图2，在信元到达之后，根据步骤210中具有分别指示增量值和极限值的参数1/PCR和CDVT的GCRA，信元一致性测试器101测试该信元。在这里，为一个CLP＝0＋1信元流(即，具有CLP＝0或1的一个信元流)定义PCR。1/PCR表示下一信元的预期到达时间并且在一帧的每个信元到达之后将其更新。CDVT规定1/PCR的上下误差界限。如果每个信元到达CDVT內，则该信元符合GCRA。然后，程序转到步骤220。
如果在步骤220中信元是该帧的第一信元，则在步骤221中信元一致性测试器101在一个內部寄存器中登记该第一信元的CLP比特。如果在步骤220中信元不是该帧的第一信元，则在步骤222中信元一致性测试器101确定该信元的CLP比特是否具有与登记在内部寄存器中的第一信元的CLP比特相同的值。
如果在步骤222，该信元的CLP比特是一致性的，则在步骤230中信元一致性测试器101确定该信元是否是该帧的最后一个信元。如果该信元不是该帧的最后一个信元，则在步骤231中信元一致性测试器101确定到目前为止收到的信元数目是否小于MFS。在信元到达之后，确定那时以前收到的信元的数目是否小于MFS，如果信元数目小于MFS，则该单元符合MFS的测试。如果信元数目大于MFS，则该信元不符合该MFS测试。如果信元是该帧的最后一个信元，则该信元也符合MFS。
当信元符合上面的所有条件时，则在步骤240说信元是一致性的。如果在步骤210、222和231中不满足至少一个条件的话，则在步骤241把该信元定义为非一致性的。
把GCRA测试应用到每个信元。因此，即使在一个信元到达超出拥塞门限值的情况下，只要信元满足上面的条件，该信元也象该帧的其他信元一样保护该信元。
返回图1，如果相对于算法和业务参数，输入帧的每个信元都通过信元一致性测试，则通过一个一致性路径把该信元馈给一致性比特设置器102。如果该帧有至少一个信元没有通过该信元一致性测试，则通过一个非一致性路径104把该帧中的信元馈给一致性比特设置器102。
一致性比特设置器102把通过一致性路径103接收的帧中的每个信元的报头中的一个报头误差控制(HEC)字段的最高有效位(MSB)设置为CB(一致性比特)＝0(低)。具有CB＝0的一个信元是一个一致性信元。一致性比特设置器102把通过非一致性路径104接收的帧中的每个单元的报头中的HEC字段的MSB设置为CB＝1(高)。具有CB＝1的一个信元是一个非一致性信元。由于把有关业务参数GCRA、CLP比特以及MFS的信元信元测试应用到一帧中的每个信元，所在一帧內的CB具有相同的值。
图3阐明了在如本发明实施例所述的ATM GFR业务提供装置中的一个一致性信元和一个非一致性信元。一个信元报头的字段HEC的MSB表示CB。如果一个信元的CB＝0，则它是一个一致性信元。如果一个信元的CB＝1，则它是一个非一致性信元。一致性比特设置器102把一帧中具有设置为零或一的CB的每个信元发射给缓冲队列110。
缓冲管理部分110的信元分配器111把具有CB＝0的信元与具有CB＝1的信元分别地分配到一个高优先级队列114和一个低优先级队列115。鉴于在一帧中的CB值相同，所以以帧单元为单位把信元分配到高低优先级队列114和115。
队列控制器110发射输入到高优先级队列114中的信元，提供一个MCR业务保证。队列控制器110在网络拥塞的地方设置一个拥塞队列深度。除非分配在低优先级队列115中的信元队列值大于拥塞队列深度，队列控制器110才允许该信元与诸如ABR之类的其它ATM业务种类一起接入网络中的可用带宽的一个公平共享。另外，队列控制器110以根据网络的可用带宽的一个信元速率来发射分配到低优先级队列115中的信元。
可是，如果分配到低优先级队列115的信元队列值大于拥塞队列深度，那么所有的信元都不能以网络的可用带宽所允许的信元速率来被发射。因此，队列控制器110抛弃在该帧级处的的信元，从而管理网络的运行(传输速率)。帧中的一个被抛弃信元不表示一帧中的所有信元同时抛弃，而是它确定要抛弃的一个帧并且根据CLP比特确定该帧中的单元的选择性抛弃。在网络中的业务拥挤时，队列控制器110首先抛弃CLP＝1的信元并尽量保护无标记信元(CLP＝0)。
如上所述，本发明与GFR.2中所观测的相同的效果，在此网络使用系统內的CB可以进行标记。此外，甚至对于以在网络中不允许作标记为特征的GFR.1，对输入到网络的一个信元给出了一种信元一致性测试，因此如果与网络连接合同对立但是用户未标记的一个信元被认为很有意义的话，则本发明可以保护该信元。结果的业务管理使网络保护与终止或者破坏连接合同的用户对立。
虽然参考本发明某一个优选实施例已经表示并描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不偏离由附加的权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.在一ATM交换机中提供的一种可确保的帧速率(GFR)业务提供装置，包括信元一致性部分，相对于通用信元速率算法(GCRA)、信元损耗优先级(CLP)比特以及最大帧长(MFS)用于把一个测试应用到一输入帧中的每个信元，如果该帧的所有信元都通过了该测试，则把该帧中的每个信元的一致性比特(CB)设置为一个一致性值，而如果该帧的至少一个信元没有通过该测试，则把该帧中的每个信元的CB设置为一个非一致性值；以及缓冲管理部分，用于把具有设置为一致性值的CB的信元分配到一个高优先级队列，把具有设置为非一致性值的CB的信元分配到一个低优先级队列，利用可确保的一个最小信元速率(MCR)发射分配到高优先级队列中的信元，而以网络中的可用带宽所允许的一个信元速率来发射分配到低优先级队列中的信元。
2.如权利要求1所述的GFR业务提供装置，其中信元一致性部分包括信元一致性测试器，相对于GCRA、CLP比特以及MFS用于把一个测试应用到输入帧的每个信元，然后根据测试结果通过不同的路径发射该信元；一个一致性路径，用于发射通过了信元一致性测试的信元；一个非一致性路径，用于发射没有通过信元一致性测试的信元；以及一个CB设置器，用于把从一致性路径收到的每个信元的报头的报头误差控制(HEC)字段中的一个比特设置为一致性值，而把从非一致性路径收到的每个信元的报头的HEC字段中的一个比特设置为非一致性值。
3.如权利要求1所述的GPR业务提供装置，其中缓冲管理部分包括一个信元分配器，用于把具有一致性值的信元分配到高优先级队列而把具有非一致性值的信元分配到低优先级队列；含有高优先级队列和低优先级队列的一个缓冲队列，用于在预确定控制之下对被分配的信元进行排队；以及一个队列控制器，用于控制高优先级队列和低优先级队列，利用可确保的MCR发射分配到高优先级队列中的信元，而以在网络中可用的带宽所允许的一个信元速率束发射分配到低优先级队列中的信元。
4.如权利要求2所述的GFR业务提供装置，其中缓冲管理部分包括一个信元分配器，用于把具有一致性值的信元分配到高优先级队列而把具有非一致性值的信元分配到低优先级队列；含有高优先级队列和低优先级队列的一个缓冲队列，用于在预确定控制之下对被分配的信元进行排队；以及，一个队列控制器，用于控制高优先级队列和低优先级队列，利用可确保的MCR发射分配到高优先级队列中的信元，而以在网络中可用的带宽所允许的一个信元速率来发射分配到低优先级队列中的信元。
5.如权利要求3所述的GFR业务提供装置，其中队列控制器为低优先级队列设置一个预确定拥塞队列深度并且，如果分配到低优先级队列中的信元的队列值大于等于拥塞队列深度时则抛弃帧中的信元。
6.如权利要求5所述的GFR业务提供装置，其中在网络拥塞时队列控制器首先抛弃低优先级队列中设置了CLP比特的信元。
7.在一个异步传输模式(ATM)交换机中提供一种可确保的帧速率(GFR)业务的一种方法，包括步骤(a)相对于通用信元速率算法(GCRA)、信元损耗优先级(CLP)比特以及最大帧长(MFS)，一个信元一致性部分用于把一个测试应用到一个输入帧的每个信元；(b)如果该帧的所有信元都通过了在步骤(a)中应用的测试，则把该帧中的每个信元的一致性比特(CB)设置为一个一致性值；(c)如果该帧的至少一个信元没有通过在步骤(a)中应用的测试，则把该帧中的每个信元的CB设置为一个非一致性值应用的在步骤(a)；(d)在一个缓冲管理部分中把具有设置了一致性值的CB的信元分配到一个高优先级队列中；(e)在该缓冲管理部分中把具有设置了非一致性值的CB的信元分配到一个低优先级队列中；(f)利用可确保的一个最小信元速率(MCR)发射分配到高优先级队列中的信元；以及，(g)以在一个网络中可用的带宽所允许的一个信元速率束发射分配到低优先级队列中的信元。
8.如权利要求7所述的GFR业务方法，其中在步骤(a)中所叙述的信元一致性部分中应用到每个信元的测试包括(1)利用一个信元一致性测试器相对于GCRA、CLP比特以及MFS来把一个一致性测试应用到输入帧的每个信元，然后根据测试结果通过不同的路径发射该信元，包括(i)把通过该信元一致性测试的信元发射到一个一致性路径；(ii)把没有通过该信元一致性测试的信元发射到一个非一致性路径；以及，在步骤(b)中所叙述的设置步骤包括(i)利用一个CB设置器把从一致性路径收到的每个信元报头的一个报头误差控制(HEC)字段中的一个比特设置为一致性值；以及(ii)利用该CB设置器把从非一致性路径收到的每个信元报头的HEC字段中的一个比特设置为非一致性值；
9.如权利要求7所述的GFR业务提供方法，其中在步骤(d)中所叙述的在缓冲管理部分中分配信元包括(1)通过利用信元分配器，把具有一致性值的信元分配到高优先级队列而把具有非一致性值的信元分配到低优先级队列；(2)通过提供具有高优先级队列和低优先级队列的一个缓冲队列，在预确定控制之下对被分配的信元进行排队；以及(3)利用一个队列控制器控制高优先级队列和低优先级队列，以便利用可确保的MCR发射分配到高优先级队列中的信元，而以在网络中可用的带宽所允许的一个信元速率来发射分配到低优先级队列中的信元。
10.如权利要求8所述的GFR业务提供方法，其中在步骤(d)中所叙述的在缓冲管理部分中分配信元包括(1)通过利用信元分配器，把具有一致性值的信元分配到高优先级队列而把具有非一致性值的信元分配到低优先级队列；(2)通过提供具有高优先级队列和低优先级队列的一个缓冲队列，在预确定控制之下对被分配的信元进行排队；以及(3)利用一个队列控制器控制高优先级队列和低优先级队列，以便利用可确保的MCR发射分配到高优先级队列中的信元，而以在网络中可用的带宽所允许的一个信元速率来发射分配到低优先级队列中的信元。
11.如权利要求9所述的GFR业务提供方法，其中通过在步骤(d)(3)中所叙述的队列控制器进行高优先级和低优先级队列的控制包括(i)为低优先级队列设置一个预确定拥塞排队深度；以及(ii)当分配到低优先级队列中的信元的队列值大于等于该拥塞队列深度时在帧单元中抛弃该信元。
12.如权利要求11所述的GFR业务提供方法，其中由(d)(3)(ii)中所叙述的队列控制器进行的抛弃包括在网络拥塞时立即抛弃低优先级队列中设置了CLP的信元。
全文摘要
本发明提供一种用于ATM交换机的可确保的帧速率(GFR)业务提供装置和方法。一个信元一致性部分,相对于通用信元速率算法(GCRA)、信元损耗优先级(CLP)比特以及最大帧长(MFS)用于把一个测试应用到一输入帧中的每个信元,如果该帧的所有信元都通过了该测试,则把该帧中的每个信元的一致性比特(CB)设置为一个一致性值,而如果该帧的至少一个信元没有通过该测试,则把该帧中的每个信元的CB设置为一个非一致性值。一个缓冲管理部分,用于把具有设置为一致性值的CB的信元分配到一个高优先级队列,把具有设置为非一致性值的CB的信元分配到一个低优先级队列,利用可确保的一个最小信元速率(MCR)发射分配到高优先级队列中的信元,而以网络中的一个可用带宽所允许的一个信元速率来发射分配到低优先级队列中的信元。
文档编号H04Q11/04GK1336056SQ00802434
公开日2002年2月13日 申请日期2000年10月25日 优先权日1999年10月27日
发明者周相完 申请人:三星电子株式会社