专利名称：通信网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分组交换通信网络。
背景技术：
在用于通过无线电链路从使用者住宅内的用户单元的接入点向使用者交付业务的固定无线接入系统中，提供包含天线在内的所需发射机和接收机的最为经济的分布以及管理接入点和公众通信网络之间的接口很重要。一般来说，接入点将包括接口单元，这种单元通过公众交换电话网，或从诸如互联网的其他信息源接收数据，并将这种数据变换为正确的格式以通过无线链路发送给使用者。该接入点还包括必要的无线发射和接收设备及天线。在实际情况下，单个基站可包括多个接入点，这些接入点可能受少量或甚至单个接口单元的控制。接口单元可以通过铜导线、同轴电缆或光纤缆线与接入点相连，至于采用什么缆线取决于接口单元和接入点之间的距离以及所需的带宽。
发明内容
本发明提供一种分组交换通信网络，其包括排列成环的一个控制器和多个受控单元，其中每个受控单元在其输入端包括一个开关，所述开关包括控制装置，对由所述控制器发送的分组中包含的控制指令做出响应，所述控制装置被布置用来配置所述开关，以便在第一种配置中，所述开关将控制指令和数据传递出入所述单元，而在第二种配置中，所述开关旁路所述单元，并将所述控制指令和数据传递到与所述控制器相连的另一单元或返回所述控制器。
在每个单元的输入端提供一个开关对从所述控制器接收的控制指令做出响应，使得能连接环内的任何数量的单元，而且由所述控制器发送且预定用于一个特定单元的指令或数据将通过任何一个介乎中间的单元中的开关传递到其所预定的单元。另外，由一个受控单元发送到所述控制器的任何数据将通过任何一个介乎中间的单元中的所述开关传递回所述控制器。
所述控制器可布置用于周期性发送之前未向所述控制器注册的任何一个单元能检测到的广播分组，所述广播分组包含一个唯一的注册地址，这个地址被未注册单元用来向所述控制器注册和被所述控制器后续控制以及与所述控制器通信。
未注册单元在检测到所述广播分组时，可采用所述唯一地址并在将其传递到另外的单元之前修改广播分组以防止任何一个后续单元采用所述唯一的地址。广播分组是包含有能被所有未注册或复位的受控单元识别的地址的控制数据的分组。在制造时这个地址被编程到所述受控单元中。
通过这种方式，任何一个新近插入到所述环中的单元都能被所述控制器检测到，因为新插入的单元在返回广播分组到所述控制器之前将已经修改了所述广播分组，而且所述单元接收一个可用于引导控制指令和数据到该单元的唯一地址。由于要接收所述广播分组的第一个未注册单元将采用所述广播分组中包含的地址而且在传递广播分组之前将修改所述广播分组，因此能确保，如果在所述环中存在一个以上未注册单元，只有所述第一个单元将采用所述唯一地址。显然一旦所述广播分组被修改没有其他的单元将认为它是广播分组。
在本发明的一个实施例中，每一个受控单元都包括一个由所述广播分组的接收所设置的看门狗定时器。控制器以固定间隔发送一个控制指令使看门狗定时器复位。如果看门狗定时器超时，则所述单元被设置成复位，以便其对后续广播分组做出采用新的注册地址的反应。
通过这种方式，如果一个单元操作失败，则控制器能检测到这种情况，因为当看门狗定时器响应所述控制指令被复位时，所述单元将向所述控制器发送一个响应，而且显然如果控制器没有接收到该响应，则其能推断该特定单元中的看门狗未能响应。如果控制器没有接收到来自任何一个这些单元的响应，则其能推断该环已损坏，或者是由于这些单元之间的电缆故障，或者是由于其中一个单元故障导致开关不能旁路该单元。
每一个受控单元都可包括多个寄存器，控制器可将指令或数据写入其中或从其中读出。可由所述控制器读的至少一些寄存器可包含在制造期间输入的识别所述受控单元和其特性的信息。
通过规定控制器将数据(控制指令)写入受控单元的寄存器中，就能使控制器利用所述受控单元中的处理器配置和控制所述单元。所述处理器的操作可以通过写入寄存器的数据来控制。另外，通过使所述控制器能从所述受控单元的寄存器读出数据，控制器就能确定所述单元的特性，例如序号，类型号，软件版本等，这些特性在制造阶段被编程到所述受控单元中，而且控制器还能监视所述受控单元的操作状态。
通过下面参照附图对本发明的实施例的举例描述，将清楚本发明的上述和其他特征及优点，其中图1是根据本发明的第一个通信网络实施例的框图，图2是根据本发明的第二个通信网络实施例的框图，图3详细示出了控制器和受控单元，图4是用于图2网络的集中器一部分的示意图，图5-8是用于控制和监视图1和2的实施例中的受控单元的控制和监视分组，图9示出了用于固定无线接入系统基站的图2所示形式的网络，以及图10示出了用于固定无线接入系统基站的图1所示形式的网络。
具体实施例方式
图1是根据本发明第一个通信网络实施例的框图，所述通信网络包括控制器11和三个受控单元12、13和14。电缆15、16、17和18连接控制器11和受控单元12、13和14成环。每一个受控单元12、13和14都包含一个转换装置31(图3)，该转换装置或布置用于将包含控制器11发送的控制指令的控制数据分组传递到受控单元12、13或14，或旁路所述受控单元并将所述信息分组传递到下一单元。转换装置31的控制是由处理器44执行的，处理器44识别由控制器11发送的控制数据分组内的地址，并根据来自控制器11的控制数据分组是预定用于该环内的该单元还是另一单元来适当地配置转换装置31。因此如果该控制数据分组是预定用于该单元，则转换装置被配置成将该控制数据分组传递到该受控单元以用于控制或监视该单元，否则该转换装置被配置成直接将控制数据分组传递到该环中的下一单元。
图5-8示出了由控制器11发送到受控单元12、13和14并且用于配置转换装置和控制受控单元12、13和14的功能或监视它们的状态的控制数据分组的内容。
改变信道协议被用于分配和解除分配在每个受控单元和控制器之间必须建立的唯一控制信道(ATM虚拟电路)。改变信道协议确保当插入一个受控单元到环中时，对其他受控单元的破坏只发生在环不完整时。改变信道协议所分配的控制信道被控制器用来直接与各个受控单元通信以便访问内部控制和状态寄存器。一旦在控制器和受控单元之间建立了控制信道，改变信道协议就利用控制信道周期性地检查受控单元是否工作正常。如果由于某种原因该协议检测到之前配置的受控单元不能工作，则其收回分配给它的控制信道(ATM虚拟电路)。
图5-8示出了包含由改变信道协议生成的用以分配或解除分配控制信道以及监视所配置的受控单元的状态的信息元素的控制数据分组。
改变控制协议的图5所示的控制信道改变信息元素是通过控制器在唯一的信道(ATM虚拟电路)上周期性生成的，目的是在其自身和未配置(或未注册)的受控单元之间建立独立的控制信道。这些受控单元可能是新驻留在环中的，而且在首次被插入环中时被认为是未知的，或者可能是已经被复位的现有受控单元。控制信道改变信息元素被封装到单个ATM单元内以形成图5所示的控制信道改变消息。如图5所示，控制信道改变信息元素被包含在由ATM单元信头结构UNI构成的控制数据分组内，其包括一个可由该环中连接的所有未注册单元识别的24位地址。在此这个分组被称为广播分组。这个信头后跟随一个8位码OP码52，其指示该分组是控制信道改变请求。其后又跟随一个24位的信道ID 53。这个信道ID是未注册的受控单元与控制器通信可使用的下一个可用控制信道(ATM虚拟电路)。该分组的剩余352位被用于传递任选的信息元素54。该改变信道消息以8位消息结束EOM OP码55结束。该消息的任何剩余字段56被填充零。该控制信道改变消息中的任选信息元素被用于在受控单元一接收到有效控制信道就使功能被启用或禁用。在当前优选实施例中，在受控信道改变消息中包含一个附加信息元素以保证受控单元一接收到有效控制信道就激活该受控单元的看门狗。这就确保如果在预定时间周期内控制器无法联系到该受控单元，可能是因为其无法从该受控单元接收到对控制信道改变信息元素的应答，则看门狗复位该受控单元，使它侦听在下一个广播分组中由控制器发送的控制信道改变信息元素。
图6示出了一个包含改变信道协议的控制信道改变应答信息元素的分组，这个应答信息元素是由未注册的受控单元响应控制信道改变消息内包含的控制信道改变信息元素生成的。控制信道改变应答识别元是由已经接收到图5所示的控制信道改变信息元素的受控单元生成的。一旦受控单元接收到并解码了这个分组，其改变这个8位OP码52，以确定其为控制信道改变应答消息，接着重新发送该分组到该环中的下一单元。当有另外一个受控单元接收到这个消息时，则其不论是否已经分配了控制信道都中继该分组，因为如果这是一个未注册单元，则它将不会认为该分组是控制信道改变消息，因为OP码已经被修改，而且如果这是一个已经注册的单元，它也不会认为该分组中的地址是自己的。如果未注册或经复位的受控单元正在等待控制信道改变消息并接收到控制信道改变应答消息，其必须首先中继该消息，接着等待下一个控制信道改变消息。当其最后接收到控制信道改变消息时，其必须生成其自己的控制信道改变应答消息。如果被互连成环状，则该应答必须被所有后续的受控单元中继，直到被传递回控制器。
当控制器接收到控制信道改变应答消息时，其通过利用该消息中包含的信道开启与生成该控制信道改变应答消息的受控单元的连接完成初始化过程。一旦这个阶段完成，控制器和受控单元都连续检查对方是否存在，并在任何一方失败时采取适当行动。在此实施例中，控制信道改变消息包含多个附加信息元素，这些信息元素在分配一个控制信道时自动设置受控单元上的看门狗。如果分配给受控单元一个信道，但控制器没有能周期性地复位其看门狗，这表明控制器和受控单元之间的通信出现故障，受控单元将复位并等待一个新的控制信道改变消息。应指出，当受控单元从控制器接收到一个指令时，其返回控制器一个消息，以便复位其看门狗。从控制器的观点来看，复位受控单元看门狗的动作指示受控单元正处于运行状态，并且工作正常。如果，虽然试图复位受控单元看门狗，但出现故障，则控制器可推断，该受控单元不再可用，因此将分配给它的信道解除分配。在当前实施例中，通过利用多个写信息元素将一个特定值写到受控单元看门狗复位寄存器中可简单地实现对受控单元看门狗的复位(参见后述)。假设看门狗复位故障发生在对多个写信息元素的应答无法到达控制器时。
一旦在受控单元和控制器之间建立了唯一的控制信道，则该信道可用于远程控制该受控单元上存在的寄存器。寄存器访问协议就像控制信道改变和应答消息那样，由寄存器访问信息元素构成。寄存器访问信息元素可一个一个地封装到ATM单元内或可连接到一起以提高传输效率，从而使等待时间最短，以及响应加快。图7示出了如何将不同寄存器访问信息元素连接在一起以占用一个ATM单元。在此实施例中，第一个多重写信息元素71后是第一个多重读信息元素72。接着发送第二个多重写73和多重读74信息元素，之后是消息结束OP码75和填充76。当然寄存器访问信息元素不必以此方式连接。单个寄存器访问信息元素可以与适当的填充一起包含在单个ATM单元中，或者，两个以上多重写和/或多重读信息元素可以以任何顺序连接直至ATM单元被完全填满。
多重读信息元素包含图8所示的三个固定长度字段和一个可变长度字段。8位OP码字段81指示信息元素类型，包括请求应答位。24位地址字段82指定涉及的寄存器地址。8位数量字段83指示应从所指定的寄存器中读出的8位数据字段的数量，而可变长度数据字段84在该信息元素中保留一个空间用于该数据。
8位数量字段指示在多重读信息元素中可存储的8位数据字的最大数量为256，然而，在单个多重读信息元素中能封装的实际数据字数量受用于通过ATM网络传输的AALO PDU的尺寸的制约，因此多重读信息元素的最大数据尺寸为(384-40)÷8，即为42。
当受控单元接收到OP码的位7设置为0的多重读请求信息元素时，其只是将来自地址字段中所指定地址的尺寸寄存器值拷贝到该信息元素的数据字段中。其接着设置OP码字段的位7，并将该信息元素连同该访问消息中的其他信息元素返回控制器。
多重写信息元素类似多重读信息元素，也包含图8所示的三个固定字段和一个可变字段。8位OP码81指示信息元素的类型，而24位地址字段82指定该数据字段中存储的数据应该被写入的基址寄存器。8位数据字段83确定要拷贝的数据量。当受控单元接收到OP码的位7设置为0的多重写请求信息元素时，其只是将来自该信息元素的数据字段的数据值拷贝到从该地址字段中指定的地址处开始的受控单元寄存器中。其接着设置OP码字段的位7，并处理该访问消息中的剩余信息元素。最终在遇到消息结束时，受控单元将整个访问消息返回给控制器。
上面谈及，由受控单元生成的对控制改变消息的应答提供了有关整个系统的状态的有用信息。如果例如，控制器丧失了与任何一个特定受控单元的联系，则这个信息尤为有用，也就是说，其能更容易确定故障的特征。如果控制器知道该环已坏，即，控制信道激活消息尚未被返回，其可推断出一旦该环再次运作，在拆卸和解除分配信道时必须经历的工作量。控制器可通过忽略该环正常工作之前的后续信道访问超时来实现，即控制器再一次开始接收未修改的控制信道改变消息。于是利用在该环故障之前建立的信道就能与受控单元成功通信。
在开机或复位后，受控单元监视控制信道改变地址以获取控制信道改变消息。当未注册或复位的受控单元接收到这种消息时，其通过将控制信道激活信息元素的OP码改变为确认，阻止该消息绕该环转发，或不做修改地返回到控制器。其接着通过将该消息放回环内重发该消息返回控制器。如果受控单元不论其是否分配到了控制信道都接收到改变信道应答消息，则其应中继该消息到该环中的下一个装置。这个过程将一直持续到该消息被中继回控制器时。
显然，在图1所示的装置中，如果电缆15、16、17和18中的任何一根损坏，则该环将不能工作。如果受控单元12、13和14及控制器11分隔很大距离，则电缆被损坏的可能性相应增大，而且任何电缆损坏将导致整个系统完全瘫痪。
图2是降低这种故障可能性的一种可选系统。如图2所示，控制器21经电缆26连接集中器25。集中器25具有多个输出端，这些输出端分别经电缆27、28和29与受控单元22、23和24相连。
图4示出了集中器25的一部分，集中器25包括多个转换装置41、41等等，图4只示出了其中两个，它们连接成环。每个转换装置41、42等都具有输出端，该输出端被馈给对应端口141、142等。转换装置包括开关通过路径43和端口输出路径。转换装置受处理器44的控制，可以为每个转换装置提供一个处理器44，或者可以由多个转换装置共用一个处理器44。处理器44是管理处理器，用于为该端口配置VCI范围。显然在此配置中，如果该分组没有被编址到与该端口相连的受控单元，则激活旁路路径43。因此如果单元22、23、24之一从集中器25断开，则每当分组被预定到其他单元之一时将激活旁路路径43，而且故障将仅被局限到与一个端口相连的受控单元。当分组地址指示信息元素将被传递到与该端口相连的受控单元时，处理器44将使信息元素通过该端口传递。
显然，集中器包括一个环，而且控制数据必须通过控制器经其中一个端口注入该环，接着通过与控制数据所预定的受控单元相连的特定端口传递出去。来自受控单元的任何响应被反馈到该特定端口并绕该环传输，直到它到达控制所述控制器所连接的端口的转换装置，在这里它被转换到该端口输出并被传递到控制器。
即使在集中器25提供类似装置，受控单元22、23和24也将包括转换装置31，因为控制寄存器位于受控单元内而不是集中器内。集中器自身将具有某些寄存器，这些寄存器可通过例如控制器21来访问以识别自身为集中器，并指示是否有一个单元与其端口相连。显然在此情况下，控制器能识别有故障的特定单元，因为其他单元将不需要通过该出故障单元就能经集中器接收和返回信息元素。控制器将检测哪些单元不在返回确认，因此能推断哪些单元出故障，是由于集中器和该单元之间的电缆故障还是该单元自身的故障。
图3示出了根据图2的系统如何实现为固定无线接入通信系统的一部分。图3所示的系统只示出了单个接入点和单个用户单元。实际上这种系统将由多个接入点构成，每个接入点通过无线电链路发送数据到多个用户单元以及从多个用户单元接收数据。该接入点包括一个接口单元，其利用诸如ATM和IP的各种协议经链路301从更大的通信系统发送和接收数据分组。该接口单元包括数字信号处理器302，微处理器303，ATM物理层304和物理层305，物理层305将信号变换为与一般网络通信所需的格式。ATM单元从物理层304经电缆306被发送到集中器307。ATM单元还被物理层304从集中器307经电缆306接收，电缆306可以是光纤，而传输协议可以是ATM 155(OC3c/STM-1)。集中器307如同参照图2和图4描述，电缆306连接其中一个端口。另一端口与接入点室外单元308相连，单元308包括转换装置31，媒体接入控制层32，调制解调器33，无线电34和天线35。转换装置31允许多个单元连接成环，构成分布式ATM转接器，转换装置31包括处理器44，其能根据接口单元300发送的控制数据分组配置转换装置31。这是根据控制器和受控单元的操作运作的，如参照图1和图2所述。室外单元308借助电缆309与集中器307相连，电缆309可以是光纤，而传输协议可以是ATM155(OC3c/STM-1)。经电缆310、311、312和313还可以使用来自集中器307的其他端口，而且这些端口可与其他接入点室外单元相连。用户单元包括控制器320，控制器320又包含数字信号处理器321，微处理器322，ATM物理层323和物理层324，物理层324将在输入端325、326和327馈送的数据变换为ATM单元，以从ATM层323传输到用户单元的室外单元329。室外单元329包括转换装置31，媒体接入控制层36，调制解调器37，无线电38和天线39。室外单元接受来自控制器320的数据分组，并将它们发送到接入点308，以及从接入点308接收数据并将数据中继到ATM物理层323以向前传输到端口325、326和327。
图9所示的网络包括采用AP室外控制单元300形式的控制器900，和采用图3的集中器307形式的集中器901。该集中器有四个端口连接AP室外单元902、903、904和905。这种系统应用在，室外单元可安装在伪星形网络内的单根杆子的顶端的情况下。室外单元通常具有90度的天线扩展，因此需要四个单元以覆盖360度区域。因此每个扇区能支持多个用户单元，通常多达1024个。
图10示出了等效于图1所示装置的一种可选装置，其可用在单个接入点控制器100正经光纤链路馈电多个接入点室外单元101、102、103和104时。接入点室外单元可以分隔很远，例如在环形网络的电话杆上。通过利用ATM分组提供控制和数据就能在相当远的距离处放置室外单元，例如距离控制器100达到1.5公里。室外单元的工作只需本地电源并且通过光纤链路受控。
显然，在图9所示的装置中，对于每个受控单元需要两根电缆来终接集中器901，即用于向外和向内传输。然而，在图10所示的装置中，只需一根电缆来连接受控单元，因为控制器的返回路径是来自该链接中的最后一个受控单元。因此，对于距控制器或集中器很远的单元来说，图10的装置电缆成本降低。
虽然本发明是依据固定无线接入通信网络描述的，但并不局限于这种用途，本发明也不局限于ATM用途。只要求用于传输数据的信道同样也用于传输控制信号，这些控制信号能触发位于受控单元输入端的转换装置，使得受控单元能识别该受控单元将要使用的数据和控制信息。
权利要求
1.一种分组交换通信网络，包括排列成环的一个控制器和多个受控单元，其中每个所述受控单元在其输入端包括一个开关，所述开关包括对由所述控制器传送的分组中所包含的控制指令做出响应的控制装置，所述控制装置被布置成配置所述开关，以便在第一种配置中，所述开关将控制指令和数据传递出入所述单元，而在第二种配置中，所述开关旁路所述单元，并将所述控制指令和数据传递到与所述控制器相连的另一单元或返回所述控制器。
2.如权利要求1所述的网络，其中所述控制器被布置成周期性发送广播分组，其中所述广播分组能够由之前未向所述控制器注册的任何一个单元检测到，所述广播分组包含一个唯一的注册地址，这个地址被未注册单元用以向所述控制器注册，并且被所述控制器用以后续控制以及用以与所述控制器通信。
3.如权利要求2所述的网络，其中未注册单元在检测到所述广播分组时采用所述唯一地址，并在将所述广播分组传递到另外的单元之前，修改所述广播分组，以防止任何一个后续单元采用所述唯一地址。
4.如前述任何一项权利要求所述的网络，其中每一个受控单元都包括一个通过接收所述广播分组而设定的看门狗定时器。
5.如权利要求4所述的网络，其中所述控制器以固定间隔发送控制指令，以使所述看门狗定时器复位。
6.如权利要求4或5所述的网络，其中如果所述看门狗定时器超时，则所述单元被配置成复位，以便其对后续广播分组做出采用新的注册地址的反应。
7.如前述任何一项权利要求所述的网络，其中每一个所述受控单元都包括多个寄存器，所述控制器可将指令或数据写入其中或从其中读出。
8.如权利要求7所述的网络，其中可由所述控制器读取的寄存器包含在制造期间输入的用于识别所述受控单元及其特性的信息。
全文摘要
一种分组交换通信网络，包括排列成环的一个控制器(11)和多个受控单元(12，13，14)。每个受控单元在其输入端包括一个开关(31)，每个开关包括控制装置(44)，对所述控制器(11)发送的控制指令做出响应。所述开关(33)根据所述指令，将被配置用来将控制指令和数据传递出入所述控制单元(12，13，14)，或将所述控制指令和数据转发到与所述控制器(11)相连的另一受控单元(12，13，14)或返回所述控制器(11)。为使该环中未向所述控制器(11)注册的单元获取地址，所述控制器(11)周期性发送包含未注册单元要使用的唯一注册地址的广播分组。所述单元一旦被注册，除了接收数据，还能从所述控制器(11)接收控制指令。
文档编号H04Q11/04GK1541469SQ02815614
公开日2004年10月27日 申请日期2002年8月9日 优先权日2001年8月9日
发明者约翰·大卫·波特, 约翰 大卫 波特 申请人:剑桥宽带有限公司