专利名称：构建无连接异步传输模式通信网络的方法
技术领域：
本发明涉及数字信息的传输，尤其涉及异步传输模式通信网络，特别涉及无连接异步传输模式通信网络中的信元结构，以及该结构信元的产生、交换转接和接收。
背景技术：
在现有技术ATM(异步传输模式)通信网络中，以固定长度的信元作为传输和交换单元。所述通信网络中包括一定数量的用户端接入设备和信元交换网络。信元交换网络包括信元交换设备，如ATM交换机、集线器等。用户端接入设备和信元交换设备之间，不同的信元交换设备之间都采用ATM信元流互连，所谓信元流是指在传输线路上或设备中各模块间连线上一个接一个不间断流过信元。信元流发端如果有需要发送的信元就把这些信元发出，如果没有需要发送的信元就发空信元。信元流收端丢弃空信元，将需要转发的包含有用数据的信元根据信元头的虚通道和虚信道标识，交换到相应路由方向上信元流的发端，并对信元头进行网络规定的操作；将发给设备自身的信元截留下来做相应的处理。
在ATM网络中进行的一次单向的数据包传送，发出数据包的设备称为源端设备，接收该数据包的设备称为目的端设备。源端设备将要发送的数据拆分封装成一个个ATM信元，插入信元流中发出。这些包含数据内容的信元可能会经过几个信元交换设备的路由转换，最后送达目的端设备。目的端设备将收到的信元还原重组为原来发出的数据。
ATM网络中所有的数据或信令传输，都可以分解为一系列从源端设备到目的端设备的单向数据包传输。需要注意的是，在一次数据包传输中，源端设备发出的包含数据的每一个信元都包含一样的信头，而信元交换设备对每个信元的处理都是独立的，信元路由选择完全由其自身信头所决定而不受它之前或之后信元的影响。
在目前标准的ATM通信网络中采用了两种信元结构，用于UNI接口(ATM用户端接入设备和ATM交换机之间的接口)的信元结构如下表所示
用于NNI接口(不同ATM交换机之间的接口)的信元结构如下表所示
上述两种信元结构的长度都为53个字节5个字节的信元头和48个字节的净载数据。
标准的ATM网络的基本结构是面向连接的。每次用户端之间通信前都要通过信令交换在网络中建立一条通路，用户数据这条通路上传送，传送结束后还要拆除通路。
而无连接的传送，如internet上IP数据包的传送，传送前不需要建立通路，要传送数据包本身包含目的端地址，每个路由转换节点会根据该目的端地址和预定的路由表内容，将其转发到相应路由上。
与无连接的IP数据包传送相比，面向连接的ATM网络传送要复杂许多。然而ATM技术的优势在宽带交换，如何把IP和ATM结合起来是一个倍受关注的问题。目前有两大类技术用于ATM和IP的互连一类是重叠型，基本上将IP网络层协议重叠于ATM协议之上；另一类是集成型的，是把IP和ATM融合，使ATM交换机也具有IP路由器的功能。这两类作法的共同之处在于它们都增加协议和设备的复杂性，进一步降低ATM传输效率。
那么能否建立一种无连接的ATM网络呢 引述网页www.kepu.com.cn，“电信博物馆/交换网/深入探讨ATM”中关于ATM的定义“ATM是一种传输模式，在这一模式中，信息被组织成信元，因包含来自某用户信息的各个信元不需要周期性出现，因此这种传输模式是异步的。”在这个定义中，既没有提到信元是不是固定长度的，也没有提到用ATM技术组成的网络是连接的或者非连接的。事实上，ATM技术是面向传输的，它是要在传输线上通过统计复接的方式提高传输效率。至于现有的ATM网络采用53个字节的信元，采用面向连接的的方式提供端到端的通信，则是由于ITU-T标准化的结果。
采用无连接的-ATM的最大障碍来自于信头长度。实现无连接功能的ATM信元信头不再是仅包含几个字节的虚路径标识符(VCI/VPI)，而是要象IP信头一样包含信元的目的端地址和源地址，再加上其它控制信息，总信头长度在16个字节左右。如还保持53个字节的信元长度，传输效率会低得无法容忍。
发明内容
本发明提出了一种无连接的ATM网络技术，采用连发信元的技术克服由于长的信头带来的传输效率低下的问题。
本发明提出的无连接的ATM的网络技术，符合异步传输模式网络的基本特征，即以固定长度的信元为传输和交换转接单元，信元中包含信头和净载数据。与标准的ATM网络的区别在于，本发明采用了不同的信元结构和无连接的信元传送方式。为了和已成标准的ATM相区别，以下将本发明提出的无连接的异步传输模式通信网络简称CATM。
与标准的ATM网络相类似，CATM网络中包括一定数量的用户端设备和信元交换网络。信元交换网络包括信元交换设备，如CATM交换机等。用户端设备和信元交换设备之间，不同的信元交换设备之间都采用CATM信元流互连，所谓信元流是指在传输线路上一个接一个不间断流过信元。由于信元是固定长度的，传输线路上的信元也是以固定的周期出现的。另外，用户端设备和信元交换设备之间，采用星状网络连接，一个信元交换设备可和多个用户端设备或其它信元交换设备相连，但一个用户端设备只和一个信元交换设备相连。
CATM网络具有以下两项技术特征①以固定长度的信元为传输和交换单元，采用连发信元方法a、源端设备将要发送的数据根据其数据量大小拆分封装成至少一个连发信元组，插入信元流中发向信元交换设备；每个连发信元组包括至少一个时间上连续的信元，其中第一个信元称为首发信元，其余称为后续信元；在一个连发信元组中，首发信元包括完整的信元头，而后续信元共享其首发信元的全部或大部分信元头信息，其本身没有或只有简短的信元头；b、信元交换设备接收连发信元组，根据连发信元组中首发信元的信元头信息，将该连发信元组中所有信元交换到首发信元应去的输出路由上；c、目的端设备把接收到的连发信元组还原重组出源端设备发送的数据；d、网络中各设备采用统一的连发信元组标识方法，对所述连发信元组标识方法有适用性要求，即源端设备和信元交换设备，能够发送符合此连发信元组标识方法要求的信元流；信元交换设备和目的端设备能够根据此连发信元组标识方法，从输入的信元流中识别出不同的连发信元组、确定每个连发信元组中包含的信元；e、在信元的发送、交换转接、传输和接收过程中，对所述信元有连发信元组完整性要求，即同一个连发信元组中的信元保持连续状态和顺序不变，不允许其中插入其它信元或顺序倒错或信元丢失；
②采用端到端无连接传送方法在各连发信元组的首发信元的信头中包含有数据在网络中的目的端地址；信元交换设备仅根据首发信元信头内容和预定的路由表内容就能决定连发信元组中所有信元的路由去向，不需要预先建立连接或虚通路。
所述路由表是信元交换设备内信元路径指示，它规定什么样目的端地址的信元应在什么输出路由上输出。象internet路由器的路由表一样，它既可以是动态的又可以是静态的。
CATM网络可以选择任何一种或同时选用多种满足适用性要求的连发信元组标识方法，本发明提出以下两种连发信元组标识方法①每个信元中固定位置用至少一个比特表示本信元是首发信元还是后续信元，如果是首发信元就表示一个新的连发信元组开始，如果是后续信元就表示它和它之前最近一个首发信元属于同一个连发信元组，这种标识方法称为本元指示；②每个信元的固定位置上用至少一个比特表示在本信元之后的那个信元是否后续信元，这种标识方法称为后向指示；相对于上述将连发信元组中的信元捆绑在一起处理的作法，目前ATM中使用的信元可称为定长独立信元，即信元长度固定，信元交换设备对每个信元处理都只根据其信元头的内容而不参照它之前或之后的信元。
由于连发信元组中的信元捆绑在一起进行交换和传输，不可分割，看起来就象一个信元，因此也可以换下述另一种等价的说法来表达连发信元方法①网络采用半固定长度信元为传输和交换单元，信元长度是某一长度L的整数倍，其中L称为基本信元长度。以长度L等分信元，每个长度为L的信元部分称为信元段，第一段称为首段，其余段称为续段；②源端设备将要发送的数据根据其数据量大小拆分封装成至少一个半固定长度的信元，插入信元流中发向信元交换设备；③信元交换设备对接收到的半固定长度信元进行交换；④目的端设备把接收到的半固定长度信元还原重组出源端设备发送的数据；⑤网络中各设备采用统一的信元长度标识方法。对信元长度标识方法有适用性要求源端设备和信元交换设备，能够发送符合此信元长度标识方法要求的信元流；信元交换设备和目的端设备能够根据此信元长度标识方法，从输入的信元流中识别出不同的信元、确定每个信元中包含的信元段；⑥信头内容不一定连续集中在信元首段，而取决于不同的信元长度标识方法。
因而，连发信元组又可称为半固定长信元。相应地，与前述的CATM网络的两项技术特征相等价的说法可表达为
①网络以半固定长度信元为传输和交换单元，信元长度是某一长度L的整数倍(≥1)，其中L称为基本信元长度。
②端到端无连接传送，在每个半固定长度信元的信头中包含有数据在网络中的目的端地址。信元交换设备仅根据信元信头内容和预定的路由表内容就能决定信元的路由去向，不需要预先建立连接或虚通路。
有一个问题还需要回答能否对连发信元组和独立定长信元一样进行宽带交换 下面分析两种典型的信元路由转换操作a.信元集线，该操作是将两条或两条以上的输入路由上的信元流汇聚到一条输出路由上。设备中进行信元集线操作位置称为信元集线点。包括这种情况看起来是多条输出路由，但实际上是广播式输出，每条路由上输出的内容是一样的。
信元集线要解决的问题是信元竞争。当多于一条输入路由上同时有信元要输出时就要有判决准则来裁决哪一路输出，另外的路要缓存。信元集线点的各输入路由上都有缓存，用于缓存未能竞争到输出权的信元。在ATM交换机目前已有各种准则来裁决信元竞争。对于连发信元组的清况，如果发生竞争的信元都是首发信元，则可以采用已有准则来裁决。但如果发生竞争的信元有一个是后续信元时，为了保证输出路由上的连发信元组的完整性，必须使后续信元输出，而不管原有的准则如何。这条准则称为后续信元优先准则。
b.信元分路，该操作是将一条输入路由上的信元流按各信元的路由标识分发到两条或两条以上输出路由上。设备中进行信元分路操作位置称为信元分路点。包括这种情况有一条输出路由是废弃的，其输出信元到该路由意味着把信元丢弃。
信元分路要解决的问题是信元路由选择。对于定长独立信元，这不是个问题，因为信头中已包含路径标识，如VCI/VPI。但对于连发信元组的清况，由于后续信元需要共享首发信元的信头，这要求信元分路点每收到一个首发信元，除了根据其信头内容把它输出到适当的路由上外，还要记录当前信头中的涉及路径选择有关的内容。一旦收到后续信元，就用以前记录的内容进行路由选择。若再收到首发信元，以前记录的内容作废，重新记录。这种信元分路点记录最近一个首发信元路径，供后续信元路由选择的功能称为首发信元路径记忆。
信元分路点并不需要记录首发信元信头中的全部内容。假如是一入两出，只需要路径标识中的一位就能决定信元出向，信元分路点就只需要记录一位的内容。
目前定长独立信元的交换方法，或称交换织构(the switching fabric)为三类(1)时分交换，其中又分为共享存储器交换和共享媒体交换；(2)纵横交换；(3)banyan和delta交换。正如所有的计算机软件都是“0”、“1”两种字符的排列组合一样，所有的定长独立信元交换方法实际上都可看成是信元集线点和分路点互连的结果。方法不同，在于它们包含的信元集线点和分路点的数目和互连方法不同。只要在这些方法中识别出它们的信元集线点和分路点，在信元集线点的信元竞争裁决准则中加入后续信元优先准则，在信元分路点上实现首发信元路径记忆功能，就能对连发信元组进行正常交换。
例如，共享媒体交换方法中各个输入路由的信元都来竞争一条总线，总线把获得输出权的信元发送到各个输出路由的地址滤波器(AF)，由各地址滤波器判断信元地址和本路由要输出的地址是否相符，若相符则输出，否则丢掉。这种结构只有一个信元集线点，即总线，而信元分路点在于每个输出路由的地址滤波器(AF)上。
在BANYAN交换方法中，其中的每个Delta单元(2*2)，每根入线上都有一个1分2的信元分路点，每根出线上都有一个2合1的信元集线点。
为了在CATM网络中实现选择性广播的问题，本发明提出用于无连接网络中的两种随路播信令传送方式①A型随路播信令传送方式在无连接类型网络中，源端发出的数据包是由包头和净载数据组成，包头中有接收该数据包的目的端设备地址和数据性质标识位。网络中收到该数据包的路由交换转接设备根据数据包中目的端地址和预定的路由表内容决定数据包的路由去向，最后送达目的端设备。如果数据性质标识位表明该数据包是随路播信令，那么该数据包从源端到目的端设备所经过的各个路由交换转接设备不仅转发该数据包，也要执行该数据包净载数据中的信令内容。该数据包传送途中所经过的各路由交换转接设备，可以对数据包的内容作增加或修改再转发到下一个路由交换转接设备或目的端设备，但对数据包的内容作出的增加或修改不能影响数据包的路由选择。
②B型随路播信令传送方式在无连接类型网络中，源端发出的数据包是由包头和净载数据组成，包头中所包含的目的地址指向将要收到该数据包的路由交换转接设备或目的端设备。并且有协议约定或在包头中有标识位，指示收到该数据包的路由交换转接设备或目的端设备，把数据包中的净载数据作为信令进行处理。净载数据中包含有数据性质标识位。如果数据性质标识位表明该数据包是随路播信令，那么其净载数据中还包含有最终接收该数据包的目的端设备地址，要求收到该数据包的路由交换转接设备不仅执行净载数据中的其它信令内容，还要根据净载数据中的目的端设备地址和预定的路由表内容选择输出路由，将选定的输出路由对端的下一个路由交换转接设备或目的端设备的地址填入数据包头的目的地址部分，然后将数据包转发到选定的输出路由上。该数据包传送途中所经过的各路由交换转接设备，可以对其净载数据作增加或修改再把数据包转发到下一个路由交换转接设备或目的端设备，但对净载数据作出的增加或修改不能影响数据包的路由选择。
随路播信令传送方式是一种特殊的一点对多点的组播方式，随路播信令数据包的接收端除了数据包中目的端设备地址指明的接收端外，还包括数据包传送途中所经过的各路由交换转接设备，如交换机，路由器等。用随路播方式传送的信令称为随路播信令。数据包中用于指明本数据包是否是随路播信令的标识位称为随路播信令标识。
A型和B型随路播信令的主要区别在于目的端设备地址和随路播信令标识在数据包中的位置不同，A型随路播信令把目的端设备地址和随路播信令标识放在包头，在传送过程中这些内容不变；而B型随路播信令是把目的端设备地址和随路播信令标识放在净载数据中，包头中的目的端地址指向将要收到该数据包的路由交换转接设备或目的端设备的地址，结果数据包每经过一个路由交换转接设备，包头中的目的端地址都会被改变。
随路播信令有比较独到的应用，例如一条随路播信令命令该信令传送途中所经过的各路由交换转接设备，向源端报告交换转设备的名称、地点、数据包到达时间等信息，源端就很容易地知道信令在网络中的传播路径，这对于网络维护、故障诊断非常有用。
某用户端在进行恒速率数据(如电话、电视、广播等)传送前，发送一条随路播信令，通知沿途各路由交换转接设备对数据速率等进行登记，就可以实现对恒速率数据传送的流量统计和控制。
但随路播信令最有用的地方是选择性广播(包括组播)。因为象目前的有线电视电缆把所有可选择的广播都送到用户端，在用户端进行选择的方案造成的传输浪费过大，最好是用户选择什么节目就送什么节目到用户端，而且广播信号在网络上传播时，只把信号送到必要的地方，尽量减少信号在不必要的地方扩散。
发送某一广播节目(指要从一个源端送到一群用户端的同样数据)的用户端设备称为该广播的源端，选择接收某一广播节目的目的端设备称为该广播的受端。广播源端发出的节目数据包中包含的不再是目的地址，而是广播标识字，缩写为BID。所有广播源端播发的每一套节目，都有唯一的BID用于彼此区别。一个广播节目在要转发它的路由交换设备中只有一个输入路由方向，至少一个输出路由方向。信元交换设备对每一个经过它的广播节目都建立一个广播路由表，其中包含该节目的BID、输入路由、输出路由总数和各输出路由。
用户端A向某广播源端BRD点播某广播节目的过程如下①A向BRD发命令索要节目列表；
②BRD向A发送节目列表，节目列表中包含每套节目的名称和BID；③A在节目列表选出要接收的节目，向BRD发该节目的BID，假定为ABID；④BRD检查后认为A有权限收看节目ABID，就向A发一条随路播信令，通知沿途各信元交换设备建立广播路由；⑤假定其中一个路由交换设备CX收到了该随路播信令，在转发的同时解释执行其含义。该随路播信令的含义是“如果本数据包是从本设备的第M号输入路由输入的，就把M记录为节目ABID的输入路由，以前记录的节目ABID的输入路由失效；如果本数据包是应当从本设备的第N号输出路由输出，就把第N号输出路由作为节目ABID的输出路由之一。”；⑥假定数据包是从CX的第M号输入路由输入的，应当从CX的第N号输出路由输出。CX首先检查看是否已建立ABID的广播路由表，然后采取下列相应措施a.若还没有ABID的广播路由表，则为ABID建立广播路由表，写入输入路由M、输出路由N，输出路由总数置为1，并设置输入路由M允许广播信号ABID输入，允许输出路由N输出ABID；b.若已经有ABID的广播路由表，并且已记录的输入路由和M相同，已记录的输出路由中包括N，表示所需的广播路由已建立，不需要再有操作；c.若已经有ABID的广播路由表，并且已记录的输入路由和M相同，但已记录的输出路由中不包括N，就把N加入ABID的输出路由中，输出路由总数加1，并设置允许输出路由N输出ABID；d.若已经有ABID的广播路由表，但已记录的输入路由K和M不同，就把输入路由更改为M，设置输入路由M允许广播信号ABID输入，输入路由K不再允许广播信号ABID输入，并发广播撤消信令到输入路由K对端的路由交换设备，通知它撤消在K上的ABID发送，再进行上述b或c的操作。
随路播信令所途经的所有路由交换设备作上述处理后，广播信号ABID就可以从BRD发送到A。下面是广播路由的撤销过程①CX中ABID的输出路由N的对端接收设备发来广播撤消信令，表示ABID不再需要；②CX检查ABID的输出路由，若发现其中有N，把N从ABID的输出路由中删除，输出路由总数减1，并设置输出路由N不再允许广播信号ABID输出；③如果输出路由总数为0，表明ABID不再有输出路由需要，就设置输入路由M不再允许广播信号ABID输入，并发广播撤消信令到输入路由M对端的路由交换设备，通知它撤消在M上的ABID发送，然后撤消ABID的广播路由表。
可以看出，采用随路播信令能简洁地在面向无连接的网络中实现选择性广播路由建立。
在CATM网络中随路播信令传送方式定义如下①A型随路播信令传送方式在CATM网络中，源端设备将要发送的数据根据其数据量大小拆分封装成至少一个连发信元组。每个连发信元组的首发信元的信头中有接收该连发信元组的目的端设备地址和数据性质标识位，网络中收到该连发信元组的信元交换设备根据首发信元的信头中目的端地址和预定的路由表内容决定连发信元组的路由去向，最后送达目的端设备。如果数据性质标识位表明该连发信元组是随路播信令，那么该连发信元组从源端到目的端设备所经过的各个信元交换设备不仅转发该连发信元组，也要执行该连发信元组净载数据中的信令内容。该连发信元组传送途中所经过的各信元交换设备，可以对连发信元组的内容作增加或修改再转发到下一个信元交换设备或目的端设备，但对连发信元组的内容作出的增加或修改不能影响连发信元组的路由选择。
②B型随路播信令传送方式在CATM网络中，源端设备将要发送的数据根据其数据量大小拆分封装成至少一个连发信元组。每个连发信元组的首发信元的信头中的目的地址指向将要收到该连发信元组的信元交换设备或目的端设备。并且有协议约定或在首发信元的信头中有标识位，指示收到该连发信元组的信元交换设备或目的端设备把连发信元组中的净载数据作为信令进行处理。净载数据中包含有数据性质标识位。如果数据性质标识位表明该连发信元组是随路播信令，那么其净载数据中还包含有最终接收该连发信元组的目的端设备地址，要求收到该连发信元组的信元交换设备不仅执行净载数据中的其它信令内容，还要根据净载数据中的目的端设备地址和预定的路由表内容选择输出路由，将选定的输出路由对端的下一个路由交换转接设备或目的端设备的地址填入首发信元的信头的目的地址部分，然后将连发信元组转发到选定的输出路由上。该连发信元组传送途中所经过的各信元交换设备，可以对其净载数据作增加或修改再把连发信元组转发到下一个路由交换转接设备或目的端设备，但对净载数据作出的增加或修改不能影响连发信元组的路由选择。
为了在CATM网络中传输实时数据，本发明提出信元内置时间戳和信元内置时间标志位的方法。
先说明信元内置时间戳的方法。由于信元的统计复接，信元从源端到目的端的传输延迟会发生抖动，这样周期性输入网络的信元流，在输出时会变成不等周期的。为了去除抖动和控制延时，可以采取在信元结构中加入时间戳的方式。
信元内置时间戳方法所采用的信元结构中在首发信元信头中固定位置上插入时间戳，所述时间戳表明连发信元组在源端的发出时间或/和要求连发信元组在目的端的输出时间。
假定源端和目的端各有一个时间计数器，对某一稳定的时钟进行计数(例如钟表，每秒计数一次)，用于测量信元发出和到达的时间，这两个时间计数器就称为时间戳产生器。假设某一信元CA从源端发出时，源端时间戳产生器输出值为T1，则T1就是CA的发出时间。若要求CA要在T1+T0时刻在目的端输出，那么T0就是要求的传输延迟时间。假设实际传输时CA到达目的端时，目的端时间戳产生器输出值为T2，则T2就是CA的实际到达时间。由于传输延迟抖动，信元CA的传输延迟T2-T1是在一定范围内不确定的数值。可如果CA中包含有(T1和T0)或者(T1+T0)的数值，使目的端知道CA应在T1+T0时刻输出，并且T2在T1+T0之前，目的端就可以把收到的CA缓存到T1+T0输出。经缓存处理后传输延迟成了T0，由于传输造成T2-T1的抖动就被消除。
信元时间戳就是信元中记录的信元在源端发出的时间(T1和T0)或要求信元在目的端输出的时间(T1+T0)。时间戳中，信元发出时间T1称为发出时间戳，要求的信元传输延迟T0称为预定时延戳，要求的信元输出时间(T1+T0)称为预达时间戳。显然单独的预定时延戳T0是没有意义的，若不关心绝对传输延迟、只要求保持相对延迟不变(两个信元在目的端输出的时间间隔和它们在源端发出的时间间隔相同)，或者T0取默认的数值，单独的发出时间戳T1就可以使用。
源端发出信元流的信元周期应当是时间戳发生器的计数时钟周期(即计时分辨率，普通指针式钟表的计时分辨率为1秒)的整数倍，否则会造成计时舍入误差。时间戳发生器的计时跨度是它能表示的时间的最大值，或者说是它的计时循环周期(普通指针式钟表的计时跨度为12小时)。
举例说明一个时间戳发生器，它是一个18位二进制累加计数器，计数时钟频率为256KHZ，计时跨度为1秒，它的输出每个计数时钟脉冲加1，从0计到255999，再回到0。
下面说明信元内置时间标志位的方法。上述的源端和目的端(以下统称用户端)时间戳发生器，需要互相同步同相(同时输出的相同的数值)才能控制信元延时，否则就象两只读数不一致的钟表一样，它们之间的时间比较是没有意义的。可以选择采用公共的时间基准(如GPS信号)对用户端时间戳发生器进行校准，但这需要外接设备。为了减化设备，本发明提出在各信元交换设备发向用户端的信元中插入时间标志位，该时间标志位周期性地变化。用户端提取该时间标志位作为定时基准，对时间戳发生器校准(例如在时间标志位上升沿到来时将时间戳发生器清0)。这种用于信元流接收端提取作定时基准，而在信元信头固定位置插入的周期性变化的时间标志位称为信元内置时间标志位，时间标志位发生的表示特定时刻的变化称为时间标志(例如时间标志位上升沿表示秒的开始)。用户端提取该时间标志也可作为定时基准输出到其它用户设备，使它们和用户端收到的信元流同步工作。
信元内置时间标志位方法所采用的信元结构中在信元信头中固定位置上插入时间标志位，所述时间标志位在信元交换设备发出的信元流中周期性地变化，供接收信元流的设备作定时基准。
由于时间标志在一个信元中出现一次，时间标志的周期应当是所有信元周期(一个信元的持续时间)的公倍数，否则接收端提取的定时基准会变成不等周期的。另外，时间标志的周期应至少是网络最大传输延迟，否则会发生计时模糊，这和一个只有时分秒针的表不能测量超过12小时的时间间隔道理一样。
本发明提出以下方法配合信元内置时间标志位方法在网络中实施①信元交换设备中的时间标志发生器信元交换设备为了在发出的信元流中插入信元内置时间标志位，需要有一个时间标志发生器，其输出信号的表示特定时刻的变化也称为时间标志，例如每秒钟开始时输出一个宽度为1毫秒的脉冲。信元流中插入的时间标志位是对时间标志发生器输出的采样(每个信元一次)。
②用户端设备中的时间戳发生器超前预置即使各信元交换设备发出的信元流中的时间标志位同时变化，各用户端由于传输延迟不同，所提取的定时基准在时间上也会有差异，结果各用户端的时间戳产生器同时输出的数值也会有差异。这种数值差异会造成固定的测时偏差，对于那些只关心相对延迟的数据传输不会有影响。对于那些关心绝对延迟的数据传输，需要用户端在时间戳发生器校准时超前预置一定的时间，以补偿传播延迟。
③全网信元交换设备中的时间标志产生器分级同步在网络中包含多于一台信元交换设备时，为了使各信元交换设备中的时间标志产生器全网同步，和时间戳发生器一样，需要对这些时间标志产生器进行校准。当然可以采用公共的时间基准(如GPS信号)来校准，但也可以采用信元内置时间标志位的思想，把全网的信元交换设备分为两个或两个以上的个级别，每一个信元交换设备中都有时间标志产生器，在发出的信元流中的信元信头中插入信元内置时间标志位。低一级的信元交换设备从高一级的信元交换设备发来的信元流中提取时间标志位作为定时基准，对自身的时间标志产生器进行校准。如果补偿传播延迟，就需要信元交换设备在时间标志产生器校准时超前预置一定的时间。最高一级信元交换设备的时间标志产生器应当由同一个高稳定的定时源(如国际标准时间)校准。
④信元交换设备输出信元和时间标志同步为了减少采样误差，信元交换设备输出信元流的位定时和信元周期定时，要求和自身的时间标志产生器输出时间标志保持固定的延迟。例如，在时间标志产生器输出上升沿出现时，各信元流输出口开始输出一个信元的第一位，并且时间标志位是信元的第一位。
⑤用户端设备输出信元和时间标志同步用户端输出信元流的位定时和信元周期定时，要求和从接收的信元流中提取的时间标志保持固定的延迟。
⑥复合时间标志可以在信元中同时内置数种不同周期的时间标志(普通指针式钟表就有三种时间标志时，分，秒)，甚至在时间标志位上插入编码数据，例如世界标准时(UTC)数值等，供各种不同的应用。但插入的编码数据不能影响接收端时间标志的提取。
同现有技术相比，采用本发明构建无连接异步传输模式通信网络的方法建立的CATM网络利用连发信元技术降低信头在信元结构中的所占的比重，将无连接网络的简单性和ATM信元的硬件宽带交换特性相结合，简化协议和网络结构，降低网络设备成本，增添选择性广播和实时数据传送功能，扩大网络应用领域。
图1为本发明构建无连接异步传输模式通信网络的方法实施例用户端设备组成示意图。
图2为本发明实施例信元交换设备组成示意图。
具体实施例方式
以下对本发明予以详尽说明。
如图1和2所示，本发明构建无连接异步传输模式通信网络的方法①所述异步传输模式通信网络以固定长度的信元为传输和交换单元，采用连发信元方法；
②采用端到端无连接传送方法在各连发信元组的首发信元的信头中包含有数据在网络中的目的端地址；信元交换设备仅根据首发信元信头内容和预定路由表内容就能决定连发信元组中所有信元的路由去向，不需要预先建立连接或虚通路。
为了减化路由表的复杂性，CATM网络中的用户端地址，象电话号码一样，采用(国家+城市+地区+公司、社区、机关、组织等+用户)的层次化结构编址，相应地信元交换设备也划分为不同的层次，处于不同层次的信元交换设备，只要根据信元目的地址中的对应层次的位段就能确定信元输出的路由方向。例如，6个字节的目的地址作如下分配
处于中心城市一级的某信元交换设备把收到的发来本中心城市的信元分发到卫星城市/县一级信元交换设备，它只需要知道信元头中卫星城市/县位段的目的地址内容就可以决定信元的路由去向，不会去关心小区或用户端地址的情况。这可以极大地减化信元交换的复杂性。当然，信元头中的国家或地区代码、中心城市位段的目的地址内容应是指向本中心城市的，否则该信元应转发到其它国家或中心城市。
以下给出一个案例，设计CATM中的信元结构。信元长度为64(512位)个字节，首发信元结构如下
各字段意义如下1.TM时间标志。各信元交换设备中时间标志发生器，每秒钟输出一个宽度为1毫秒的脉冲，其上升沿对应国际标准秒起时间，并且此时各信元交换设备发出的信元流输出一个信元的第一位。在每分钟起点输出脉冲宽度变为2毫秒。信元交换设备发出的信元中的TM位是对时间标志发生器输出的采样。为了TM的周期是信元周期的整数倍，选取CATM网络中所有信元流的速率是512K的整数倍。
2.SYN对端同步指示，0/1-----收不到对端信元流或无法同步或无法定界3.CEN对端发送使能，0/1-----只允许对端发空信元/允许对端发非空信元4.CRQ本端发送请求，0/1-----本端无/有非空信元需要发送。
5.CM1连发信元组本元指示，0/1-----本信元为首发信元/后续信元CM2连发信元组后向指示，0/1-----后一个信元是后续信元/不是后续信元同时采用连发信元组的本元指示和后向指示，可以得出CM1和CM2的组合意义00本信元为首发信元，后一个信元是后续信元；01本信元为首发信元，后一个信元不是后续信元，即本连发信元组只有一个首发信元；10本信元为后续信元，后一个信元也是后续信元；11本信元为后续信元，后一个信元不是后续信元，即本信元为连发信元组的最后一个信元。
对于首发信元CM1＝0。
6.EC第一个字节中奇验和位，使第一个字节中的1为奇数，用于检错和信元定界。
7.MD1，MD2信元类型00空信元，在信元交换设备发向某用户端的空信元中，目的地址为用户端的物理地址01用户数据信元
10非随路信令11随路信令8.BI广播指示，0/1------非广播信元/广播信元广播信元时，目的地址内容为广播标识字。
9.SI服务要求00实时数据，不允许丢包或乱序，固定路由传输，包括实时广播；01实时数据，允许少量丢包或错包或乱序，固定路由传输，包括电话业务；10非实时数据，不允许丢包，可以乱序，传输过程中允许根据拥塞情况变更路由11非实时数据，允许丢包和乱序，传输过程中允许根据拥塞情况变更路由固定路由传输是指从一个源端发向一个目的端的多个连发信元组，都按同一路径传送，不允许信元交换设备由于拥塞等原因把这些连发信元组转发到不同的路由上。
乱序是指从一个源端发向一个目的端的多个连发信元组，到达目的端的顺序和发出顺序不一致。
10.TS0/1------无/有时间戳11.目的地址/广播标识字/用户端物理地址6个字节，在端到端的传输中时为目的地址；在广播时为广播标识字；在发向用户端的空信元中为用户端物理地址。
12.源地址6个字节，在TS＝0时为源地址，在TS＝1时，第12、13、14中为时间戳，第9、10、11字节仍为目的地址的高三个字节。
源端和目的端时间戳发生器计数时钟频率为256KHZ，三个字节的时间戳格式如下
256K计数为在1秒时间内对256K时钟计数的值(0--256K-1)，秒计数为在1分钟时间内对秒计数的值(0-59)。源端和目的端从信元交换设备发来的信元流中提取出时间标志TM，在TM的上升沿将256K计数值清0，在TM上宽度为2毫秒的脉冲到来时将秒计数值清0。
13.CXT信元交换设备穿越计数，用户端发出时，该数值为0，每经过一次信元交换设备该数值加1，若达到15时仍没有抵达目的端，该信元组删除。
14.HEC信头差错控制，为前14个字节的CRC校验和后续信元结构上除了保留首发信元的第一个字节外，其余全为净载数据。
后续信元的结构如下
第一个字节中各位的意义在上述结构中已有解释，对于后续信元，CM1＝1。
以上所述之最佳实施例意在具体说明本发明的思路在现有网络中引入连发信元组的概念，随路播概念，时间戳以及时间标志等新技术手段，以构建一无连接的ATM网络。本发明之实施，并不限于以上最佳实施例所公开的方式，凡基于本发明之设计思路，进行简单推演与替换，得到的具体的无连接ATM通信网络构建方法，都属于本发明的实施。
权利要求
1.一种构建无连接异步传输模式通信网络的方法，所述通信网络以固定长度的信元为传输和交换单元，其特征在于①采用连发信元方法a、源端设备将要发送的数据根据其数据量大小拆分封装成至少一个连发信元组，插入信元流中发向信元交换设备；每个连发信元组包括至少一个时间上连续的信元，其中第一个信元称为首发信元，其余称为后续信元；在一个连发信元组中，首发信元包括完整的信元头，而后续信元共享其首发信元的全部或大部分信元头信息，其本身没有或只有简短的信元头；b、信元交换设备接收连发信元组，根据连发信元组中首发信元的信元头信息，将该连发信元组中所有信元交换到首发信元应去的输出路由上；c、目的端设备把接收到的连发信元组还原重组出源端设备发送的数据；d、网络中各设备采用统一的连发信元组标识方法，对该所述标识方法有适用性要求，即源端设备和信元交换设备，能够发送符合此连发信元组标识方法要求的信元流；信元交换设备和目的端设备能够根据此连发信元组标识方法，从输入的信元流中识别出不同的连发信元组、确定每个连发信元组中包含的信元；e、在信元的发送、交换转接、传输和接收过程中，对所述信元有连发信元组完整性要求，即同一个连发信元组中的信元保持连续状态和顺序不变，不允许其中插入其它信元或顺序倒错或信元丢失；②采用端到端无连接传送方法在备连发信元组的首发信元的信头中包含有数据在网络中的目的端地址；信元交换设备仅根据首发信元信头内容和预定的路由表内容就能决定连发信元组中所有信元的路由去向，不需要预先建立连接或虚通路。
2.如权利要求1所述的构建无连接异步传输模式通信网络的方法，其特征在于还采用A型随路播信令传送方法每个连发信元组的首发信元的信头中的目的端地址指向接收该连发信元组的目的端设备地址；所述首发信元的信头中还包括数据性质标识位，如果它表明该连发信元组是随路播信令，那么该连发信元组从源端到目的端设备所经过的各个信元交换转接设备要执行该连发信元组净载数据中的信令内容。
3.如权利要求1所述的构建无连接异步传输模式通信网络的方法，其特征在于还采用B型随路播信令传送方法每个连发信元组的首发信元的信头中的目的端地址指向将要收到该连发信元组的信元交换转接设备或目的端设备，并根据协议约定或在首发信元的信头中有标识位来指示收到该连发信元组的信元交换转接设备或目的端设备把连发信元组中的净载数据作为信令进行处理；净载数据中包含有数据性质标识位，如果它表明该连发信元组是随路播信令，那么净载数据中还包含有最终接收该连发信元组的目的端设备地址，要求收到该连发信元组的信元交换转接设备根据净载数据中的目的端设备地址和预定的路由表内容选择输出路由，将选定的输出路由对端的下一个路由交换转接设备或目的端设备的地址填入首发信元的信头的目的端地址部分，然后将连发信元组转发到选定的输出路由上。
4.如权利要求1至3任一所述的构建无连接异步传输模式通信网络的方法，其特征在于还采用信元内置时间戳方法在首发信元信头中固定位置上插入时间戳，用以表明连发信元组在源端的发出时间或/和要求连发信元组在目的端的输出时间。
5.如权利要求1至3任一所述的构建无连接异步传输模式通信网络的方法，其特征在于还采用信元内置时间标志位方法在信元信头中固定位置上插入时间标志位，它在信元交换设备发出的信元流中周期性地变化，供接收信元流的设备作定时基准。
6.如权利要求5所述的构建无连接异步传输模式通信网络的方法，其特征在于用户端设备输出信元和时间标志同步用户端输出信元流的位定时和信元周期定时，与从接收的信元流中提取的时间标志保持固定不变的延迟。
7.如权利要求5所述的构建无连接异步传输模式通信网络的方法，所述通信网络包含多于一台信元交换设备，其特征在于全网信元交换设备中的时间标志产生器分级同步全网络的信元交换设备分为两个或两个以上的级别，每一个信元交换设备中都有时间标志产生器，在发出的信元流中的信元信头中插入时间标志位；低一级的信元交换设备从高一级的信元交换设备发来的信元流中提取时间标志作为定时基准，对自身的时间标志产生器进行校准。
8.如权利要求7所述的构建无连接异步传输模式通信网络的方法，其特征在于信元交换设备输出信元和时间标志同步网络中各信元交换设备输出信元流的位定时和信元周期定时，与各信元交换设备自身的时间标志产生器输出的时间标志保持固定不变的延迟。
9.如权利要求8所述的构建无连接异步传输模式通信网络的方法，其特征在于各信元交换设备在自身的时间标志发生器输出时间标志时，信元流输出口开始输出一个信元的第一位，并且时间标志位是信元的第一位。
10.一种构建无连接异步传输模式通信网络的方法，其特征在于①、网络以半固定长度信元为传输和交换单元，信元长度是某一长度L的整数倍，其中L称为基本信元长度，采用半固定长度信元方法a、源端设备将要发送的数据根据其数据量大小拆分封装成至少一个半固定长度的信元，插入信元流中发向信元交换设备；每个半固定长度信元包括至少一个时间上连续的信元段，每个长度为L；其中第一段称为首段，其余称为续段；b、信元交换设备接收半固定长度信元进行交换；c、目的端设备把接收到的半固定长度信元还原重组出源端设备发送的数据；d、网络中各设备采用统一的信元长度标识方法；②、端到端无连接传送在各半固定长度信元的信头中包含有数据在网络中的目的端地址；信元交换设备仅根据信元信头内容和预定的路由表内容就能决定连发信元的路由去向，不需要预先建立连接或虚通路。
全文摘要
一种构建无连接异步传输模式通信网络的方法，具备以下特点①以固定长度的信元为传输和交换单元；②采用连发信元技术；③采用端到端无连接传送，首发信元信头中包含信元的目的端地址，信元交换设备仅根据首发信元信头内容就能决定连发信元组中所有信元的路由；④采用随路播信令，支持选择性广播；⑤采用信元内置时间标志和时间戳，支持实时数据传送。同现有技术相比，采用本发明方法建立的无连接异步传输模式通信网络，可以降低信头在信元结构中所占的比重，将无连接网络的简单性和ATM信元的硬件宽带交换特性相结合，简化协议和网络结构，降低网络设备成本，增添选择性广播和实时数据传送功能，扩大网络应用领域。
文档编号H04L12/56GK1671121SQ20041002657
公开日2005年9月21日 申请日期2004年3月18日 优先权日2004年3月18日
发明者贾学卿 申请人:贾学卿