专利名称：基站系统内部交换网络的实现方法及体系结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及基站系统(BSS)设备内部网络通信技术，特别涉及该设备内部结点占用公共总线的管理方法及装置。
随着移动通信技术的发展，BSS(基站系统)设备承载的业务也更加繁重，在传统语音业务或电路型数据业务的基础上增加了高速突发性的数据业务。这些业务具有不同的业务特点和要求语音等实时性很强的业务要求廷时尽可能小；而数据业务如电子邮件、文件传输等异步业务则对廷时不敏感。每个结点都均匀排队显然不能满足不同的需要。
现有技术中，共享总线是许多交换网络采用的结构，这种网络的仲裁都集中到一个主控结点或叫仲裁器上，其它结点只是被动等待仲裁结果。其缺点是仲裁过于集中到主控结点；网络结点数增加时，主控结点的负荷会急剧增加，导致网络划分为多个由路由器相连的子网段，复杂程度增加，管理困难。例如美国专利US5,854,786中提到一个基于包交换的共享总线式内部交换网络，其业务结点只是提出占用总线的申请，所有最后决定都由仲裁器裁决。该专利中一个BTS(基本收发站)要用几个路由器将分离的网段连接起来，当然网络管理比较复杂。现今的网络除相互连结外，涉及网管和相互通信的规定繁多，可互联的结点数目太大，必须预留庞大的辅助空间例如缓冲区、栈或专用电路等才能保证完善管理；其间的通信不但有数字信号，还有多媒体涉及的音、视频模拟量等，并且每个结点都是一套完整的计算机系统，网络呈现出相当的复杂性。许多性质在一个局部来讲是多余的，即冗余的，但又花费了开销。
本发明为克服上述现有技术的不足之处而提出一种基于空间优先级固定和时间级轮转的网络总线管理方法，各结点分担仲裁任务，主控结点负荷很小；特殊结点可以优先占用，且网络具有自我恢复能力。
还提出一种精简连接，运行有效的网络体系结构，设置并行时分总线，以各总线的一个帧周期作为一个令牌发放单元，各业务结点自主决定是否提出申请，由主控结点最终仲裁的网络体系结构。
本发明的目的可以通过采用以下技术措施来达到设计、采用一种基站系统内部交换网络的实现方法，该网络连接的结点有限而且数目固定，每个业务结点在发送数据帧时都加入排队行列，所述方法包括共享总线的建立，在总线占用管理中主控结点有最终决定作用。尤其是所述网络按令牌网组建。该网络各业务结点以及发送的数据帧根据各自紧急程度被赋予一个空间优先级，同时依其排队轮转的情况获得一个当前时间优先级；拥有最高空间优先级帧的结点再按时间优先级排队；获得令牌的业务结点将自己的时间优先级降为最低，其后的业务结点依次升高自己的时间优先级。
网络设主控结点，并在两业务结点占用同一时间优先级时由该主控结点最终确认令牌的发放；所述方法适用于所有基于令牌共享总线式交换网络，并且其总线占用及主控结点仲裁过程具有以下步骤业务结点占用总线发送数据帧的过程A1.业务结点产生占用总线的需求；A2.业务结点分析排队情况、等待提出申请；A3.若该业务结点的帧处于最高空间优先级，且处于最高的时间优先级则提出占用总线申请，转执行步骤A4；否则执行步骤A2；
A4有占用总线需求但未获准申请的业务结点在本空间优先级内随等待时间的增加逐步提高自己的时间优先级，直至获得令牌；A5当业务结点需要紧急占用总线时可以通过告警或提升自己的空间优先级来实现。
占线申请排队中冲突解决与仲裁步骤C1.同一空间优先级内，已排列完毕的各结点中，有结点遇有紧急情况而被提升其时间优先级；C2.该结点升至之时间优先级位已有另一结点占用。出现冲突；C3.由主控结点仲裁其中一个结点获得令牌申请成功，将自己的时间优先级降为最低；C4.未获令牌的结点处于等待状态；C5.其余结点随主队列升高其时间优先级，但与等待之结点再次发生冲突时主控结点继续仲裁；C6.待主队列后续队列中时同优先缓空位到达时，由该等待结点占用。
设计，制造一种基站系统内部交换网络体系结构，包括基站系统业务结点、共享总线和主控结点仲裁单元。尤其是所述网络体系结构包括并行共享时分总线，将每条总线一个帧周期作为令牌发放的单元；并确定发送数据帧结点的空间优先级和时间优先级。
所述网络体系结构还包括业务结点仲裁单元，该仲裁单元根据自己的空间优先级和时间优先级自行决定是否提出占线申请，以减少排队结点数和主控结点仲裁负荷量。
本发明附图的简要说明如下
图1是无冲突的业务结点时间优先级轮转图；图2是有冲突的业务结点时间优先级轮转图；图3是网络体系结构图；图4是M总线及网络结点总线发送仲裁电路示意图；图5是总线时序图；图6是网络主控结点的总线仲裁部分电路原理图；图7是新增的业务结点入网试探流程图；以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。
一种基站系统内部交换网络的实现方法，该网络连接的结点有限而且数目固定，每个业务结点在发送数据帧时都加入排队行列，所速方法包括共享总线的建立，在总线占用管理中主控结点有最终决定作用。尤其是所述网络按令牌网组建。该网络各业务结点以及发送的数据帧根据各自紧急程度被赋予一个空间优先级，同时依其排队轮转的情况获得一个当前时间优先级。
拥有最高空间优先级帧的结点再按时间优先级排队；获得令牌的业务结点将自己的时间优先级降为最低，其后的业务结点依次升高自己的时间优先级。网络设主控结点，并在两业务结点占用同一时间优先级时由该主控结点最终确认令牌的发放。
所述方法适用于所有基于令牌共享总线式交换网络，并且其总线占用及主控结点仲裁过程具有以下步骤业务结点占用总线发送数据帧的过程A1.业务结点产生占用总线的需求；A2.业务结点分析排队情况、等待提出申请；A3.若该业务结点的帧处于最高空间优先级，且处于最高的时间优先级则提出占用总线申请，转执行步骤A4；否则执行步骤A2；
A4有占用总线需求但未获准申请的业务结点在本空间优先级内随等待时间的增加逐步提高自己的时间优先级，直至获得令牌；A5当业务结点需要紧急占用总线时可以通过告警或提升自己的空间优先级来实现。
占线申请排队中冲突解决与仲裁步骤C1.同一空间优先级内，已排列完毕的各结点中，有结点遇有紧急情况而被提升其时间优先级；C2.该结点升至之时间优先级位已有另一结点占用，出现冲突；C3.由主控结点仲裁其中一个结点获得令牌申请成功，将自己的时间优先级降为最低；C4.未获令牌的结点处于等待状态；C5.其余结点随主队列升高其时间优先级，但与等待之结点再次发生冲突时主控结点继续仲裁；C6.待主队列后续队列中时间优先级空位到达时，由该等待结点占用。
至此，冲突解决，申请队列秩序恢复。
以上是时间优先级轮转的过程。由于时同优先级轮转，只在紧急情况发生时主控结点才参与仲裁，其余情况由时间优先级空位的轮转解决；另外，只在最高空间优先级才需要仲裁，使主控结点的负荷大大降低。
所述的基站系统内部交换网络设立管理总线M34和业务结点仲裁单元10；所述管理总线M34包括第一至第三优先级总线3411至3413，锁定指示总线343和发送请求总线342；还有告警请求总线344，锁定指示总线343和发送请求总线342；所述业务结点仲裁单元10包括空间优先级比较子单元11，时间优先级比较子单元12，发送锁定请求子单元13和发送允许子单元14；所述时同优先级比较子单元12又包括帧计数器121、时间优先级处理器122和时间优先级比较器123；所述时间优先级比较子单元12还同系统时钟总线T总线33相连；该T总线包括同步时钟总线331和帧头时钟总线332，且每帧256个同步时钟分为申请处理段0-127，和仲裁段128-255；所述空间优先级比较子单元11又包括优先级寄存器111，空间优先级比较器112和发送请求位113；各业务结点设置结点内发送缓冲队列；各业务结点将自己的数据帧有关部分发送到优先级总线341上后，所述结点发送数据帧的优先级比较与执行步骤如下K.空间优先级比较；如果优先级总线3411至3413上传送的优先级值小于或等于优先级寄存器111中的值，则转步骤S，否则不执行任何动作；S.时间优先级比较与执行；本步骤按帧头时钟总线332分段进行，并有以下分步骤S1.判断是否是本帧周期申请段，若不是则转执行S5；判断是否帧头时钟第二个同步周期后同步时钟的上升沿，是则执行S2，否则转执行S3；S2.判断发送请求位113是否为“0”，是则执行S3；发送请求位113的状态为请求即“1”时，启动时间优先级处理器122和时间优先级比较器123，若当前时间优先级值与帧脉冲计数器121的值相等，如果锁定指示总线上已经存在锁定指示，则不执行任何操作；否则在锁定指示总线343上发出锁定信号；随即执行发送请求，由请求时隙插入器131根据本结点地址寄存器142的值在即将到来的发送请求总线342本帧周期的仲裁段的对应时隙位设置为请求值“1”；S3.如锁定指示总线343上存在锁定指示，则执行S4，否则时间优先级处理器122将自己的优先级升一级；转执行S5；S4.时间优先级处理器122维持自己的优先级不变；S5.由业务结点置发送请求位为“1”或置告警请求位为“1”；S6.在本帧周期仲裁周期的最后两个同步周期，主控结点进行仲裁，并按仲裁的结果在即将到来的下一个帧周期的系统周期将令牌发放；S7.在即将到来的下一个帧周期的系统周期，所述发送允许子单元14监视令牌的值，判断令牌提取器141的值和本结点地址寄存器142是否相等；若不相等则转执行S8；否则，于下一帧开始时打开发送控制器144，通过D总线31发送该令牌值；并将发送允许信号145送入时间优先级处理器122，该处理器122据此将本结点的优先级降为最低；S8.判断发送控制器144中缓冲区内的数据是否达到告警值，若达到告警值，则向告警请求总线344发送告警信号；发送控制器144根据本结点地址在本帧周期的仲裁段置告警请求位为“1”。
所述基站系统内部交换网络的实现方法还包括网络主控结点的仲裁方法即令牌确认方法，以及网络监控方法，包括以下步骤L1.将发送请求总线342在本帧周期仲裁段的串行数据经串并转换电路201转换成128位的并行数据，并送入令牌仲裁电路203；L2.所述令牌仲裁电路203根据检索顺序寄存器206规定的顺序检索各业务结点的申请，将检索到的第一个申请的位置定为下一个帧周期将要占用总线的业务结点；L3.经译码电路204将该位置转换为具体令牌值，送入令牌发放电路205；L4.所述令牌发放电路205在本帧周期的系统时段经Dn总线312发出令牌；L5.将令牌值、发送请求申请和告警申请以及主控结点发出申请的状态和结点占用带宽数据保存入FIFO 202中，供软件监控调整网络体系使用。
所述方法还包括一种试探型新结点入网方法，在网络新增一个结点时，新加入的结点开始执行一个向网络主控结点申请和应答的过程并具有以下步骤R1.置该结点空间优先级为低；R2.随机产生一个时间优先级；R3.随机延时一段时间；R4.将入网申请数据打包放入发送缓冲区；R5.等待网络主控单元的确认信息。
一种基站系统内部交换网络体系结构，包括基站系统业务结点、共享总线和主控结点仲裁单元20，尤其是所述网络体系结构包括并行共享时分总线30，将每条总线一个帧周期作为令牌发放的单元；并确定发送数据帧结点的空间优先级和时间优先级。
所述网络体系结构还包括业务结点仲裁单元10，该仲裁单元根据自已的空间优先级和时间优先级自行决定是否提出占线申请，以减少排队结点数和主控结点仲裁负荷量。
所述业务结点和发送数据帧的空间优先级分为三级，以信令和紧急业务为高级，语音等实时性要求高的业务为中级，电子邮件等异步业务为低级。
所述时间优先级按当前的轮转情况确定，并在自己的空间优先级群内排队，而且随等待时间增加而升高自己的时间优先级。
所述并行共享时分总线30包括数据总线即D总线31、系统时钟总线即T总线33、管理总线即M总线34。
所述传输网络数据的D总线31又包括上行数据总线Du 311和下行数据总线Dn 321，其传输方向分别为从各业务结点至U型网关40和相反。
所述提供其它总线的工作时序的T总线33又包括同步时钟总线331和帧头总线332；该帧头总线规定的帧周期至少有128个同步时钟，前一半为申请周期，后一半为仲裁周期。
所述承担管理任务的M总线34又包括传送业务结点当前优先级的3条优先权总线3411至3413，指示是否有占用总线申请的锁定指示总线343，通知主控结点当前帧周期提出申请的业务结点号的发送请求总线342，以及报告紧急占用申请的告警总线344。
所述3条优先权总线3411至3413与锁定指示总线343由OC门输出端连在一起构成线与总线。
所述发送请求总线342和告警总线344由各业务结点按指定时隙进行单向复用。
所述业务结点仲裁单元10包括空间优先级比较子单元11，时间优先级比较子单元12和发送锁定请求子单元13以及发送允许子单元14；其中时间优先级比较子单元12还连接所述T总线33。
所述空间优先级比较子单元11包括优先级寄存器111，其中存有当前空间优先级的值；还包括空间优先级比较器112，其输入端连接3条优先权总线3411至3413和优先级寄存器111的3个输出端，进行比较后输出至优先级与门1321；还有发送请求位11 3也连接优先级与门1321；所述时间优先级比较子单元12包括对T总线进行帧统计的帧脉冲计数器121，和按发送请求位113进行处理的时间优先级处理器122，其处理结果连同帧脉冲计数器121和发送请求位113的状态一起由时间优先级比较器123比较后送与门1321；所述发送锁定请求子单元13又包括与本结点地址寄存器142相连并连接发送请求总线342的请求时隙插入器131，以及三输入的与门1321；所述发送允许子单元14又包括连接Dn总线312的令牌提取器141，以该令牌提取器141及本结点地址寄存器142和发送控制器144为输入的比较器143；以及接比较器143输出和锁定指示总线343的二输入与门1322；该二输入与门1322的输出作为发送允许信号145接发送控制器144；该发送控制器还连接本结点地址寄存器142和告警请求总线344；其输出端为Du总线311。
所述网络体系结构中主控结点仲裁单元20包括分别与发送请求总线342和告警总线344相连的双路串并转换电路201，与该电路201相连的双路FIFO202，所述FIFO 202输出到CPU总线接口207，该CPU总线接口207与CPU之间队CPU总线208双向连接。
所述串并转换电路201的一支还输出到令牌仲裁电路203，该仲裁电路203依次再接译码电路204和令牌发放电路205，最后接Dn总线312；所述译码电路204的输出还接到另一路FIFO 202并最后输出到CPU总线接口207。
所述CPU总线接口207还输出到检索顺序寄存器206；再由该寄存器206输出到令牌仲裁电路203。
所述数据帧的格式，按顺序排列的段名和位数为是否首帧1，是否尾帧1，BSC(基站控制器)地址4，BTS(基本收发站)机架地址3，BTS结点地址5，有效长度7，内部控制/业务数据选择1，业务数据60，检验1。
所述空间优先级的值定义为高、中、低三级，其总线值分别为0XX，10X，110。
本发明的具体内容可以分述如下所述时间优先级轮转的BSS内部交换网络方法的特点是主控结点的负荷很小，网络的仲裁由网络上的所有的结点共同分担；各个结点获得了等同的占用网络的机会；有特殊要求的网络结点可以优先占用网络；网络具备自我恢复的能力，一个网段可以很容易达到100个业务结点以上。
此结构采用了ATM的固定信元长度的思想，根据BSS传送的业务数据的特点，引进了空间优先级和时间优先级的概念，采用了令牌共享总线的结构，建立了一套各个业务结点主动排队，最后由主控结点仲裁的体系结构；本发明提供了交换网络的硬件体系，使用者可以根据自己的需要方便的增加用户调度软件以适用不同的要求。
当此网络工作在32M的系统时钟下时，单向有效带宽能够达到120Mbps以上，一个网段的容量在120个结点以上。
此结构有以下优点简单易行、具有较高的效率、低成本、易于升级，并且使用者可以自行方便的添加自己的调度算法。
本发明包括这样一种方法其前提在于网络上最大带有一定数目的结点，各个结点自己决定要发送的数据帧的空间优先级和时间优先级。本方法提出了一种空间优先级固定，而时间优先级轮转的方法。
如图1，先考虑第一种状态，每一个网络结点占用一个时间优先级的情况。当网络结点73成功地获得令牌以后，它就将自己的时间优先级降为最低，它以后的结点都将顺序的将自己的时间优先级升一级，它之前的结点的优先级保持不变。这样，整个网络可以不需要单独的仲裁单元就能够独立的工作。
如图2。再考虑第二种状态，当2个网络结点同时占用一个时间优先级的情况，如图中的结点73和结点77，这种情况在增加结点或者紧急告警的情况下可能出现。本网络的时间优先级的等级数和网络的最大的结点数相同，因此，此时必然存在一个时间优先级未被网络结点占用，例如时间优先级78，当两个网络结点73和77同时申请占用总线时，由网络的主控结点仲裁，申请成功的结点(例如73)将自己的时间优先级降为最低，未申请成功的结点(例如77)的时间优先级保持不变，它们之后的结点都将自己的时间优先级升一级。这样，随着时间的增加，未被占用的时间优先级的位置将逐步提升，直到最后达到冲突出现的位置，从而被冲突结点(例如77)占用，从而网络达到第一种状态。
考虑当某个业务结点发出告警的时候(例如网络结点内部的缓存达到告警限)，可以直接将令牌发放给它，此时所有结点的优先级按照规则轮转，有可能出现这种情况第一个提出申请申请的结点(空间优先级最高)优先级不变，其后结点的优先级都升一级，由于第一个提出申请的结点在下一个帧周期没有获得令牌，所以出现了两个结点拥有相同的时间优先级的情况，即网络处于第二种状态。
这种方法对应的主控结点的仲裁算法十分丰富，不同的算法能够带来不同的网络服务品质。
此方法带来的好处是，主控结点的负荷很小，甚至不需要参与仲裁(如第一种状态)，网络的仲裁由网络上的所有的结点共同分担；各个结点获得了等同的占用网络的机会；有特殊要求的网络结点可以优先占用网络；网络具备自我恢复的能力。
本发明的实现方案包括一种高效的交换网络体系，此体系下的各个网络结点都能够自由的相互交换信息。其特点在于各个网络结点共享并行的时分总线，网络把每一个总线一个帧周期作为一个令牌发放的单元，网络上的各个业务结点根据自己当前空间优先级和时间优先级排队情况自主决定是否提出申请，由主控结点最后确认获得令牌的结点，每一个网络结点只有在取得令牌以后才能在下一个到来的帧时隙传送自己的数据。
每一个结点根据要发送数据帧的紧急程度给其赋予一个优先级，称之为空间优先级。空间优先级分为三等，一般来说信令和紧急业务的优先级最高，话音及其他实时性要求比较高的业务帧优先级为中等，其余的业务优先级为最低。对于相同的空间优先级的结点，继续比较时间优先级。
所谓时间优先级，是指允许申请占用总线的时间先后顺序。本发明中的各个业务结点待发数据帧的时间优先级不是不变的，而是随着等待时间的增加优先级也增加。这样保证了同等空间优先级的数据帧按照先来后到的顺序自动排队。为了解决多个结点争用一个令牌的情况，本发明设置了主控结点来最终确认令牌的发放，只有得到最终确认的结点才能最终获得下一帧周期的总线控制权。
本发明的提及一种网络体系1，如图3，由业务结点仲裁部分10、主控结点仲裁部分20、U型网关40和网络总线体系30组成。
网络体系1的前提是存在一个最大接入的业务结点的数目，各个业务结点仲裁部分10的功能在于自主的比较自己的是否处于最高优先级群中，如果发现自己处于最高优先级群中，则请求在下一个时隙占用总线；否则，处于等待状态。主控结点仲裁部分20的功能在于对提出占用总线请求的最高优先级群的各个业务结点实行仲裁，仲裁的算法可以由使用者自己来定义。本发明的U型网关40的主要功能就是区分发送的包是本段网络内部的信元还是外部的信元，根据各个信元的地址来区分传送的路由，U型网关的设计不作定义，使用者可以自行设计。网络总线体系30定义了各个结点之间的物理上的连接关系，信号的逻辑时序以及传送的帧的格式。网络总线体系30包括D总线31，T总线33，M总线34，其中D总线31又分为上行总线Du 311和下行总线Dn 312。
网络体系1定义了在网络总线30上传送的信元的帧格式，本发明以BTS为例来说明，如下表。网络上的每一个业务结点都比较三个地址BSC地址、BTS机架地址和BTS结点地址，只有这三个地址都和令牌广播的值相同时才接收总线上的数据帧；或者发现网络上广播的是广播地址时也接收网络上的数据帧。
如图3，本发明包括一种共享的总线体系30，共享的总线包括数据总线D总线31，管理总线34(M总线)，时钟总线33(T总线)。
D总线31承担网络数据的传输任务，其中D总线31又分为上行数据总线Du总线311和下行数据总线Dn总线312。上行数据总线Du 311总线的方向为从各个业务结点到U型网关40，下行数据总线Dn总线312的方向为从U型网关40到各个业务结点。
如图4，M总线34包括3条优先权总线341，1条锁定指示总线343、1条发送请求总线342和1条告警总线344。优先权总线341用来传送业务结点当前的空间优先级，锁定指示总线343用来指示本帧周期到目前为止当前是否有业务结点提出占用总线的申请。发送请求总线342用来通知主控结点当前帧周期哪个业务结点提出了占用总线的申请。告警总线344用来通知主控结点当前哪个业务结点提出了占用总线的紧急申请。
3条优先权总线341和1条锁定指示总线343都是由OC门输出端直接连在一起构成的线与总线。根据线与的特性，当总线上任何网络结点有申请时，都会将相应的总线拉低，即为‘0’。这样，3条优先权总线341和1条锁定指示总线343都可以在自己的总线上迅速的广播自己的‘0’状态。
3条优先权总线341组成空间优先级，空间优先级共分为三等高、中、低，它和优先权总线的关系见下表。其中信令和紧急业务的优先级最高，话音及其他实时性要求比较高的业务帧优先级为中等，其余的业务优先级为最低。这样，高级的优先级能够屏蔽低级的优先级，从而能够优先获得总线控制权。
其中，X表示任意状态。
各个业务结点仲裁部分10也将锁定指示总线343线与到锁定指示总线343上。这样，只要有一个业务结点仲裁部分10加上锁定指示‘0’，则整个总线都将获知。
1条发送请求总线342和1条告警总线344则是各个业务结点按照各自的指定的时隙复用到一起的单向信号，它最终由网络主控结点接收。
本发明所述的帧至少包括128个同步时钟周期；本例中，以一帧包含256个同步时钟周期来举例，如图5。
T总线33的作用是提供其他总线的工作时序，T总线303包括1个同步时钟总线331和1个帧头总线332。每个帧周期包含256个同步时钟，前128个同步时钟构成申请周期，在这一段时间内，有业务要发送并获得申请许可的业务结点在规定的时隙向网络申请占用总线，后128个同步周期构成仲裁周期，在这段时间内，各个业务结点都将自己的申请在规定的时隙上报主控结点，由主控结点来仲裁应当由哪个业务结点获得令牌。Du总线311和Dn总线312的传输采用的是多条同步串行总线同时传输的结构，D总线和T总线33的关系如图5所示，每两个同步周期对应一个数据周期，每一个帧周期包含128个数据周期。
根据管理的需要，规定每一个帧周期中的头两个同步周期为系统周期。在这个时间内，网络主控结点仲裁部分20广播本帧周期的使用者的地址(令牌)，其他的每一个业务结点都监听本段时间上的数据，如果发现广播的地址(令牌)与本结点的地址吻合，且本结点已经提出了申请，则在下一个数据周期开始时由发送控制144打开发送允许，开始发送。因此，实际的每一帧传送的字节数为127字节。
图5亦示出告警总线和请求总线与T总线的关系。每一个同步周期都对应着一个结点标识，从帧同步头时钟开始依次为0，1，--125，在仲裁周期，又重新开始循环0，1，--125，其中有2个同步周期闲置不用，这种对应关系是固定不变的。每一个结点标识代表着一个相应业务结点的告警总线固定使用的时隙和业务结点的请求总线固定使用的时隙，这样，该业务结点的物理地址和结点标识也有一一对应的关系。如图7所示，主控结点仲裁部分20将根据告警总线和请求总线的结点标识(时隙位置)来译码，将它翻译成令牌的值。主控结点仲裁部分20只在仲裁周期才将告警总线和请求总线的时隙的值转换成并行的数据供以后调度使用。网络在满负荷的情况下申请周期的每一个同步周期都分配给一个网络结点作为时间优先权指示，留下两个同步周期作为发布令牌使用，因此在本实例的情况下网络体系的最大的容量为126个网络结点。这样，在仲裁周期，将有两个同步周期的时间留出作为主控结点仲裁延迟。
本发明包括一种业务结点的自动优先级比较和优先级轮转装置。
本发明的上行总线的仲裁部分电路如图4所示，包括M总线和业务结点仲裁部分10，其中业务结点仲裁部分10又分为空间优先级比较部分11、时间优先级比较部分12、发送锁定请求部分13以及发送允许部分14。
M总线304包括3根优先级总线341(空间优先级)、1根锁定指示总线343和1条发送请求总线342。
业务结点空间优先级比较部分11将做空间优先级比较，如果发现优先级总线341上传送的空间优先级小于或等于自己的优先级存储器111中存储的空间优先级，则继续进行时间优先级比较处理；否则，不执行任何动作。
时间优先级比较部分12和T总线33相连，从T总线33的帧头时钟332的每一帧的帧头脉冲后的第3个同步周期开始，时间优先级依次为0，1—125，如图5所示。每一个业务结点如果不满足空间优先级的要求，则处于等待状态，如果满足了空间优先级的要求，再在每一个同步周期进行如下的处理1)在本帧周期的申请周期的当前同步时钟331周期的上升沿，a)如果发送请求113上有发送请求，则启动时间优先级处理器122和时间优先级比较器123，如果当前的时间优先级值和帧脉冲计数器121的值相等且在锁定指示总线343上没有锁定指示信号，则在锁定指示总线343上发出锁定信号。同时，执行发送请求。请求时隙插入器131根据本结点地址142的值在将要到来的发送请求总线342的本帧周期的仲裁周期对应的时隙比特设置为‘1’(表示请求)；如果此时已经有锁定指示信号，则不执行任何操作。
b)如果发送请求113上无发送请求，则不执行任何操作。
2) 在本帧周期的申请周期的当前同步时钟331周期的下降沿，a)如果发送请求113上没有发送请求，则i.如果在当前同步时钟331周期的下降沿锁定指示总线343上已经存在锁定指示，则时间优先级处理器122将自己的优先级升一级；ii.如果在当前同步时钟331周期的下降沿锁定指示总线343上没有锁定指示信号，时间优先级处理器122将维持自己的优先级不变。
b)如果发送请求113上有发送请求，则不执行任何操作3)在本帧周期的仲裁周期业务结点执行发送请求比特的设置或告警请求比特的设置。
4)在系统周期业务发送允许部分14监视令牌的值，如果令牌提取器141和本结点地址142中的值相等，则在下一个数据周期开始时使能发送控制部分144，发送控制部分144执行发送。同时，将发送允许信号145送入时间优先级处理器122中，时间优先级处理器122将本结点的时间优先级降为最低。
5)如果发送控制部分144中的缓冲区中的数据积累达到一定限度，发送控制部分144将向告警请求总线344发送告警信号，发送控制部分144将根据本结点地址在本帧周期的仲裁周期业务结点执行告警请求比特的设置。
这种算法实现的是一个按时间进行排队的机制，如果一个业务结点有数据帧因为网络忙而未被发送，那么随着它等待的时间的增加它的优先级越来越高，直到成为本网段空间优先级群中的时间优先级最高者而被发送。
每一个业务结点内的各个数据帧的优先权由各个业务结点的自己调度。在每一个结点内部都有自己的发送缓冲队列，缓冲队列的大小根据网络的规模和业务速率来设定。
下行数据总线32是广播总线，任何本网段内的结点都能够收到。
本发明包括一种主控结点的令牌确认和网络监控装置。
如图6，网络主控结点的仲裁部分20的工作算法如下它首先将发送请求总线342在本帧周期的仲裁周期的串行数据通过串并转换电路201将业务结点的串行的发送请求转换成128比特的并行数据，送入令牌仲裁电路203，令牌仲裁电路203根据检索顺序寄存器206规定的顺序来检索各个业务结点的申请，检索到的第一个申请的位置确定为下一个帧周期的将要占用总线的业务结点。此位置经过译码电路204转换为具体的令牌值，送入令牌发放电路205，令牌发放电路205将在本帧周期的系统周期通过Dn总线312(如图4)发出令牌。同时，令牌的值、发送请求申请和告警申请都将保存到FIFO 202中，供软件监控调整网络体系1使用。主控结点软件(使用者可以自己编制)可以根据网络当前的情况(如告警情况)实时的修改检索顺序寄存器206，也可以设置一个固定的值。同时，主控结点还将发出申请的状态和每个结点占用的网络带宽的情况和每一个结点的告警状况保存到FIFO中，以便CPU做网络监控和带宽管理调度时使用。
本发明涉及一种U型网关装置，这部分可以由使用者自己来设计。
如图7，本发明还包含一种新增业务结点入网试探的方法。当网络增加一个结点时，新加入的结点开始执行一个和网络主控结点申请和应答的过程包括以下几个步骤1)置空间优先级为低2)机产生一个时间优先级值3)随机延时一段时间4)新结点将要入网申请数据打包放入发送缓冲区5)等待网络主控单元的确认信患6)如果在规定的时间内收到入网许可信患则入网成功，否则，入网失败。
在网络控制结点一端，每收到一个入网申请数据帧，便根据当前的用户数、各自申请的带宽和总的带宽来决定是否接收新的申请。
通过更改本发明的D总线31的宽度、T总线33的速率以及帧周期包含的同步周期的个数(如图5)，可以达到更高的带宽，支持更多的结点。
通过在主控结点配置不同的用户调度软件，可以达到不同的QoS。
本发明还可以用在那些同时支持数据业务和话音业务的大型的通讯设备上。
本发明相对于现有技术的优点在于，启用了一种基于空间优先级固定和时间级轮转的网络总线管理方法，各结点分担仲裁任务，特殊结点可以优先占用。还提出一种精简连接，运行有效的网络体系结构，设置并行时分总线，以各总线的一个帧周期作为一个令牌发放单元，各业务结点自主决定是否提出申请，由主控结点最终仲裁的网络体系结构。因而主控结点的负荷很小，甚至不需要参与仲裁，网络的仲裁由网络上的所有的结点共同分担；各个结点获得了等同的占用网络的机会；有特殊要求的网络结点可以优先占用网络；网络具备自我恢复的能力。
权利要求
1.一种基站系统内部交换网络的实现方法，该网络连接的结点有限而且数目固定，每个业务结点在发送数据帧时都加入排队行列，所述方法包括共享总线的建立，在总线占用管理中主控结点有最终决定作用；其特征在于所述网络按令牌网组建；该网络各业务结点以及发送的数据帧根据各自紧急程度被赋予一个空间优先级，同时依其排队轮转的情况获得一个当前时间优先级；拥有最高空间优先级帧的结点再按时间优先级排队；获得令牌的业务结点将自己的时间优先级降为最低，其后的业务结点依次升高自己的时间优先级；网络设主控结点，并在两业务结点占用同一时间优先级时由该主控结点最终确认令牌的发放；所述方法适用于所有基于令牌共享总线式交换网络，并且其总线占用及主控结点仲裁过程具有以下步骤业务结点占用总线发送数据帧的过程A1.业务结点产生占用总线的需求；A2.业务结点分析排队情况、等待提出申请；A3.若该业务结点的帧处于最高空间优先级，且处于最高的时间优先级则提出占用总线申请，转执行步骤A4；否则执行步骤A2；A4.有占用总线需求但未获准申请的业务结点在本空间优先级内随等待时间的增加逐步提高自己的时间优先级，直至获得令牌；A5.当业务结点需要紧急占用总线时可以通过告警或提升自己的空间优先级来实现；占线申请排队中冲突解决与仲裁步骤C1.同一空间优先级内，已排列完毕的各结点中，有结点遇有紧急情况而被提升其时间优先级；C2.该结点升至之时间优先级位已有另一结点占用，出现冲突；C3.由主控结点仲裁其中一个结点获得令牌申请成功，将自已的时间优先级降为最低；C4.未获令牌的结点处于等待状态；C5.其余结点随主队列升高其时间优先级，但与等待之结点再次发生冲突时主控结点继续仲裁；C6.待主队列后续队列中时间优先级空位到达时，由该等待结点占用。
2.按照权利要求1所述的基站系统内部交换网络的实现方法，其特征在于设立管理总线M(34)和业务结点仲裁单元(10)；所述管理总线M(34)包括第一至第三优先级总线(3411至3413)，锁定指示总线(343)和发送请求总线(342)；还有告警请求总线(344)，锁定指示总线(343)和发送请求总线(342)；所述业务结点仲裁单元(10)包括空间优先级比较子单元(11)，时间优先级比较子单元(12)，发送锁定请求子单元(13)和发送允许子单元(14)；所述时间优先级比较子单元(12)又包括帧计数器(121)、时间优先级处理器(122)和时间优先级比较器(123)；所述时间优先级比较子单元(12)还同系统时钟总线T总线(33)相连；该T总线包括同步时钟总线(331)和帧头时钟总线(332)，且每帧256个同步时钟分为申请处理段0-127，和仲裁段128-255；所述空间优先级比较子单元(11)又包括优先级寄存器(111)，空间优先级比较器(112)和发送请求位(113)；各业务结点设置结点内发送缓冲队列；各业务结点将自己的数据帧有关部分发送到优先级总线(341)上后，所述结点发送数据帧的优先级比较与执行步骤如下K.空间优先级比较；如果优先级总线(3411至3413)上传送的优先级值小于或等于优先级寄存器(111)中的值，则转步骤S，否则不执行任何动作；S.时间优先级比较与执行；本步骤按帧头时钟总线(332)分段进行，并有以下分步骤S1.判断是否是本帧周期申请段，若不是则转执行S5；判断是否帧头时钟第二个同步周期后同步时钟的上升沿，是则执行S2，否则转执行S3；S2.判断发送请求位(113)是否为“0”，是则执行S3；发送请求位(113)的状态为请求即“1”时，启动时间优先级处理器(122)和时间优先级比较器(123)，若当前时间优先级值与帧脉冲计数器(121)的值相等，如果锁定指示总线上已经存在锁定指示，则不执行任何操作；否则在锁定指示总线(343)上发出锁定信号；随即执行发送请求，由请求时隙插入器(131)根据本结点地址寄存器(142)的值在即将到来的发送请求总线(342)本帧周期的仲裁段的对应时隙位设置为请求值“1”；S3.如锁定指示总线(343)上存在锁定指示，则执行S4，否则时间优先级处理器(122)将自己的优先级升一级；转执行S5；S4.时间优先级处理器(122)维持自己的优先级不变；S5.由业务结点置发送请求位为“1”或置告警请求位为“1”；S6.在本帧周期仲裁周期的最后两个同步周期，主控结点进行仲裁，并按仲裁的结果在即将到来的下一个帧周期的系统周期将令牌发放；S7.在即将到来的下一个帧周期的系统周期，所述发送允许子单元(14)监视令牌的值，判断令牌提取器(141)的值和本结点地址寄存器(142)是否相等；若不相等则转执行S8；否则，于下一帧开始时打开发送控制器(144)，通过D总线(31)发送该令牌值；并将发送允许信号(145)送入时间优先级处理器(122)，该处理器(122)据此将本结点的优先级降为最低；S8.判断发送控制器(144)中缓冲区内的数据是否达到告警值，若达到告警值，则向告警请求总线(344)发送告警信号；发送控制器(144)根据本结点地址在本帧周期的仲裁段置告警请求位为“1”。
3.按照权利要求2所述的基站系统内部交换网络的实现方法，其特征在于所述方法还包括网络主控结点的仲裁方法即令牌确认方法，以及网络监控方法，包括以下步骤L1.将发送请求总线(342)在本帧周期仲裁段的串行数据经串并转换电路(201)转换成128位的并行数据，并送入令牌仲裁电路(203)；L2.所述令牌仲裁电路(203)根据检索顺序寄存器(206)规定的顺序检索各业务结点的申请，将检索到的第一个申请的位置定为下一个帧周期将要占用总线的业务结点；L3.经译码电路(204)将该位置转换为具体令牌值，送入令牌发放电路(205)；L4.所述令牌发放电路(205)在本帧周期的系统时段经Dn总线(312)发出令牌；L5.将令牌值、发送请求申请和告警申请以及主控结点发出申请的状态和结点占用带宽数据保存入FIFO(202)中，供软件监控调整网络体系使用。
4.按照权利要求3所述的基站系统内部交换网络的实现方法，其特征在于所述方法还包括一种试探型新结点入网方法，在网络新增一个结点时，新加入的结点开始执行一个向网络主控结点申请和应答的过程并具有以下步骤R1.置该结点空间优先级为低；R2.随机产生一个时间优先级；R3.随机延时一段时间；R4.将入网申请数据打包放入发送缓冲区；R5.等待网络主控单元的确认信息。
5.一种基站系统内部交换网络体系结构，包括基站系统业务结点、共享总线和主控结点仲裁单元(20)；其特征在于所述网络体系结构包括并行共享时分总线(30)，将每条总线一个帧周期作为令牌发放的单元；并确定发送数据帧结点的空间优先级和时间优先级；所述网络体系结构还包括业务结点仲裁单元(10)，该仲裁单元根据自己的空间优先级和时间优先级自行决定是否提出占线申请，以减少排队结点数和主控结点仲裁负荷量。
6.按照权利要求5所述的基站系统内部交换网络体系结构，其特征在于所述业务结点和发送数据帧的空间优先级分为三级，以信令和紧急业务为高级，语音等实时性要求高的业务为中级，电子邮件等异步业务为低级；所述时间优先级按当前的轮转情况确定，并在自己的空间优先级群内排队，而且随等待时间增加而升高自己的时间优先级；所述并行共享时分总线(30)包括数据总线即D总线(31)、系统时钟总线即T总线(33)、管理总线即M总线(34)；所述传输网络数据的D总线(31)又包括上行数据总线Du(311)和下行数据总线Dn(321)，其传输方向分别为从各业务结点至U型网关(40)和相反；所述提供其它总线的工作时序的T总线(33)又包括同步时钟总线(331)和帧头总线(332)；该帧头总线规定的帧周期至少有128个同步时钟，前一半为申请周期，后一半为仲裁周期；所述承担管理任务的M总线(34)又包括传送业务结点当前优先级的3条优先权总线(3411至3413)，指示是否有占用总线申请的锁定指示总线(343)，通知主控结点当前帧周期提出申请的业务结点号的发送请求总线(342)，以及报告紧急占用申请的告警总线(344)；所述3条优先权总线(3411至3413)与锁定指示总线(343)由OC门输出端连在一起构成线与总线；所述发送请求总线(342)和告警总线(344)由各业务结点按指定时隙进行单向复用；所述业务结点仲裁单元(10)包括空间优先级比较子单元(11)，时间优先级比较子单元(12)和发送锁定请求子单元(13)以及发送允许子单元(14)；其中时间优先级比较予单元(12)还连接所述T总线(33)；所述空间优先级比较子单元(11)包括优先级寄存器(111)，其中存有当前空间优先级的值；还包括空间优先级比较器(112)，其输入端连接3条优先权总线(3411至341 3)和优先级寄存器(111)的3个输出端，进行比较后输出至优先级与门(1321)；还有发送请求位(113)也连接优先级与门(1321)；所述时间优先级比较子单元(12)包括对T总线进行帧统计的帧脉冲计数器(121)，和按发送请求位(113)进行处理的时间优先级处理器(122)，其处理结果连同帧脉冲计数器(121)发送请求位(113)的状态一起由时间优先级比较器(123)比较后送与门(1321)；所述发送锁定请求子单元(13)又包括与本结点地址寄存器(142)相连并连接发送请求总线(342)的请求时隙插入器(131)，以及三输入的与门(1321)；所述发送允许子单元(14)又包括连接Dn总线(312)的令牌提取器(141)，以该令牌提取器(141)及本结点地址寄存器(142)和发送控制器(144)为输入的比较器(143)；以及接比较器(143)输出和锁定指示总线(343)的二输入与门(1322)；该二输入与门(1322)的输出作为发送允许信号(145)接发送控制器(144)；该发送控制器还连接本结点地址寄存器(142)和告警请求总线(344)；其输出端为Du总线(311)。
7.按照权利要求6所述的基站系统内部交换网络体系结构，其特征在于所述网络体系结构中主控结点仲裁单元(20)包括分别与发送请求总线(342)和告警总线(344)相连的双路串并转换电路(201)，与该电路(201)相连的双路FIFO(202)，所述FIFO(202)输出到CPU总线接口(207)，该CPU总线接口(207)与CPU之间以CPU总线(208)双向连接；所述串并转换电路(201)的一支还输出到令牌仲裁电路(203)，该仲裁电路(203)依次再接译码电路(204)和令牌发放电路(205)，最后接Dn总线(312)；所述译码电路(204)的输出还接到另一路FIFO(202)并最后输出到CPU总线接口(207)；所述CPU总线接口(207)还输出到检索顺序寄存器(206)；再由该寄存器(206)输出到令牌仲裁电路(203)。
8.按照权利要求7所述的基站系统内部交换网络体系结构，其特征在于所述数据帧的格式，按顺序排列的段名和位数为是否首帧1，是否尾帧1，BSC(基站控制器)地址4，BTS(基本收发站)机架地址3，BTS结点地址5，有效长度7，内部控制/业务数据选择1，业务数据60，检验1；所述空间优先级的值定义为高、中、低三级，其总线值分别为0XX，10X，110。
全文摘要
一种基站系统内部交换网络的实现方法及体系结构,按令牌网组建。包括并行共享时分总线30和结点仲裁单元10,各结点及数据帧被赋予一空间优先级,并依排队轮转的情况获得当前时间优先级;拥有最高空间优先级帧的结点再按时间优先级排队;获令牌结点时间优先级降为最低,其后结点依次升高时间优先级。该结点仲裁单元决定是否提出申请,以减少排队数和仲裁负荷量。以帧周期为令牌发放单元。网络设主控结点20,最终确认令牌的发放。其优点在于主控结点负荷很小,各个结点获得占用网络等同机会;特殊要求结点可优先占用;网络具备自我恢复能力。
文档编号H04W88/08GK1329446SQ0110746
公开日2002年1月2日 申请日期2001年3月28日 优先权日2001年3月28日
发明者余运波 申请人:深圳市中兴集成电路设计有限责任公司