专利名称：在环形拓扑结构中对动态转移模式进行同步的方法和设备的制作方法
本应用是美国专利申请号08/757,347的后续部分的应用，1996年11月27日签署。
本发明涉及在具有环形拓扑结构的电路交换网络中动态同步转移模式(DTM)架构的同步。
下一代网络很可能是将一些业务，诸如延迟非敏感异步应用(包括传真、邮件和文件传递)与那些有着实时性要求的延迟敏感应用(包括声音和视频)集成在一起。过去通常是利用一些不同的网络技术来支持这些应用，并且这些不同的网络之间的集成已经是有局限性和落后的。过去，由一些采用分组交换和存储转发(store-and-forward)技术的计算机网络，例如互联网来提供异步通信。另一方面，由电路交换、时分复用电话网络来提供实时同步通信。
电路交换网络有着很多引人注目的特点。例如，电路之间相互隔离，在这种情况下，某一电路上的业务量不会受到其它电路上活动的影响。这样就有可能提供具有固定延迟的有保证的传输质量，固定延迟通常适合于那些有着实时要求的应用。此外，在电路交换网络中，与数据和控制有关的信息被分离开。仅仅是在建立或者端接(terminate)电路时才发生对控制信息的处理，并且能够在不需要处理数据流和控制任何拥塞的情况下完成实际数据传输。这样就允许大量数据被有效传输。
普通电路交换网络的固有特性通常使它们不适合某些特定类型的信息流。通常情况下，这些电路有着固定容量，很长的建立延迟并且难以支持多播(multi-cast)。这些缺点使在电路交换网络中有效地支持(例如)计算机通信是困难的。这已经促使我们去寻找一些可以替代的解决方案，并且居于领导地位的观点是下一代电信网络应该是基于异步转移模式(ATM)的信元交换(cell-switched)。信元是小的、固定长度的分组，所以ATM类似于分组交换。这意味着分组交换的许多弱点也会出现在信元交换网络中，特别是在提供有保证的业务质量的领域。因此，就需要一些补充的技巧，例如在诸链路上进行的接收控制、业务量规则、分组调度以及在接收机处的重新同步，综合起来支持不同种类的信息流。一般地说，对分组和信元交换网络(具体地说是ATM)主要关心的问题之一是，是否有可能以成本可行的方式来提供并使用这些机制(mechanism)。
在互联网中，使用共享介质局域网(LANs)，例如CSMA/CD，令牌环(token ring)和FDDI，作为由诸路由器和桥接器(bridges)连接的构建模块。方便扩展、低递增节点成本以及对故障节点的容忍等这些特点的组合已经形成了简单、灵活和健壮的网络。而且，共享介质便于一些新的多播协议(例如IP多播)的有效应用。
当今所采用的共享介质的缺点是它在任何时候一般只允许单个终端(terminal)发射，从而不能有效地利用所有网络段。可以制定一个允许介质容量得到有效再利用的设计方案，但是这通常是以增加高速接入控制硬件的复杂性为代价。共享介质的接入控制手法还直接取决于网络规模，并且通常只是对本地环境有效。
正如上文所指出的那样，通常所采用的两种主要的网络类型是用于电话的面向连接的电路交换网络和计算机所采用的、以互联网为代表的、无需连接的分组交换网络。当电路交换网络被用于数据通信时，电路必须在信息的各个突发之间保持开放状态(open)，这通常是网络容量的低效率利用。这个问题的出现是由于电路管理操作与用户要求的动态变化相比是较慢的。常规电路交换网络的另一个开销的来源是需要对称双工信道的局限，在信息流是单向的情况下，这给网络增加了100％的开销。这个限制条件也使多播电路无效而且难以实现。另一方面，分组交换网络缺乏资源保护(resource reservation)并且必须在进行发射前给每条讯息增加信头(header)信息。此外，分组交换网络中的等待时间(latency)无法被精确预测，并且由于缓冲区溢出或者信头崩溃等原因，甚至有可能造成丢失分组。后两个因素使分组交换网络难以支持实时业务。拥塞避免手法能够隔离不同用户的信息流。但是，这些设计局限于与往返行程(round-trip)分组延迟可比较的时间量程操作(time scale operation)。
DTM是一种宽带网络架构，它综合了电路交换和分组交换的许多优点，DTM基于快速电路交换，增加了资源的动态再分配以及对多播信道的良好支持，并且DTM带有用于提供短接入延迟的装置。DTM架构覆盖了从介质接入，包括同步方案，直到接收机处逻辑端口的路由和寻址。DTM被设计成支持各种类型的信息流，并且可以被直接用于应用到应用(application-to-application)的通信，或者作为其它协议，例如ATM或IP(互联网协议)的载波网络。
事实表明，与通信信道的建立和端接有关的信令延迟决定了快速电路交换的效率的主要方面。DTM被设计成在几百微秒内快速建立信道。DTM不同于脉冲交换，与控制和数据有关的信息是相互独立的，而且DTM采用多播、多速率、高容量信道，以支持各种不同类别的信息流。例如，有可能按照某一时刻用户的特定需求，增加或减少现有信道的已分配资源。即使DTM网络可能具备为每条讯息建立一条信道的潜力，这种方法可能也不适合所有信息流。相反，应该由用户决定是否为每个信息突发建立一条信道，或者甚至在空闲周期期间保留这条已经建立的信道。
DTM概念把信道作为通信抽象。DTM信道在很多方面不同于电话电路。首先，建立延迟短暂，以致于有可能与用户需求改变一样快地动态分配/去分配(allocate/deallocate)各种资源。其次，DTM信道是简单的，在通信是单向的情况下，最大程度地降低了开销。第三，DTM信道提供了多比特速率，以支持用户容量需求上的巨大变化。最后一点，DTM信道是多播的，允许有任意数量的目的地。
DTM信道在某一信道建立后，不需要传递控制信息，对于大量的数据传递，这样做使网络资源的利用率非常高。对所有实时信息流的支持都是有效的，并且不存在与网络内的管制(policing)、拥塞控制或者流控制有关的问题。正如上文所提到的，控制信息独立于数据信息，这样就使多播不太复杂。发射延迟忽略不计(即，小于125us)，并且实际上不存在象ATM那样由于缓冲区溢出造成数据丢失的可能。误码率取决于基本的链接技术，并且由于信道建立时资源的严格保护，因而这些交换简单而且快速。
DTM拓扑结构可以被构建成为环形，与双总线结构相比，环形具有降低硬件要求50％的优点。在环形拓扑结构中，只使用一根光纤，所有节点就能够互相通信，相比之下，为了使所有节点能够互相通信，总线结构总是需要至少两根方向相反的光纤。此外，在总线结构中，每个节点上的负载可能会分配得不均衡。
更具体地讲，本发明是一种单DTM环形拓扑结构，这种结构至少包括一个包含FIFO队列的扩展节点。本发明也是一种方法，这种方法包括以下步骤，首先把空闲讯息发射到环形拓扑结构中去，直到第一个空闲讯息已经通过整个环之后到达扩展节点。然后由扩展节点利用与该循环时间(cycle time)相对应的某一频率发射这些帧。扩展节点带有一个扩展缓冲区，该扩展缓冲区可以接收诸呼入帧(incomingframes)并且存储这些帧，直到下一个循环开始的时间。然后把存储在缓冲区内的帧发射到环形拓扑结构中。如果新的循环时间开始时没有存放在缓冲区内的帧，那么扩展节点将产生新的帧，并且把这个新的帧发射到环形拓扑结构中。
图1是本发明的DTM环形拓扑结构的示意图；图2是本发明的节点的详细图；图3是本发明的DTM循环的示意图，该DTM循环带有与诸控制时隙相分离的数据时隙；图4是一张DTM循环的示意图，该DTM循环包括一个帧和一些间隔时隙(gap slots)；图5是扩展节点中呼入和呼出帧的示意图；图6是表示3条独立信道的环形拓扑结构的示意图；图7是本发明的环形拓扑结构的示意图，表示不同段的时隙再用。
参照图1-7，本发明是一种动态同步转移模式(DTM)环形拓扑结构10，这种环形拓扑结构具有一种有效长度，这个长度最好是125微秒的整数倍，其中，该环形拓扑结构包括一个扩展节点12，尽管环形拓扑结构的物理长度不是该循环时间的整数倍，但是我们可以利用扩展节点12来调整环形拓扑结构10的有效长度，正如下文详细解释的那样。环形拓扑结构10的总容量可以被分成一些125微秒的循环，每个125微秒的循环还可以被进一步分为64比特时隙。
本发明的DTM环形拓扑结构10的重要特点是循环时间和时隙长度在整个DTM环形拓扑结构10中最好是固定不变的。DTM环形拓扑结构10为具有多重接入的单向介质而设计，例如，光纤介质11，光纤介质11的容量为所有已连接节点所共享。扩展节点12可以包括一个可扩展的缓冲段，例如FIFO(先入先出)队列13，用来存储由诸时隙组成的帧。队列13允许环形拓扑结构10的时间扩展把这些时隙存储在队列13中一个适宜的时间量，目的是优化利用扩展节点12，这种优化是通过允许扩展节点12周期性地(每125微秒)新增诸循环到环形拓扑结构而不管新的循环发射时刻在FIFO队列13中任何呼入循环的可用性来实现的。可以采用FIFO队列13保存的信息不比与一个125微秒循环相对应的信息更多。在这种方式下，有可能在存储在队列13内的某帧的诸时隙被传递到扩展节点的发射端之前，完成一个由该扩展节点12发射的循环(或帧)。
FIFO队列13的功能对于保持环形拓扑结构10的所有循环和时隙的正确同步是相当重要的。例如，该循环可以是125微秒长，并且环形拓扑结构10的速度和长度可能是这样的需要花费150微秒通过整个环形拓扑结构10。
正如图5中很好地表示的那样，扩展节点12的一方面被表示为带有用来接收呼入帧的呼入端40和用来发射诸帧的呼出端42。时间t1可以表示由扩展节点12产生第一帧30的第一个时隙的时间。时间t2可以表示通过整个环形拓扑结构10所花费的时间(150微秒)，并且时间t3可以表示扩展节点发射第3帧36的第一个时隙的时间。第一帧30大约125微秒长。FIFO队列13可以被用来延迟FIFO队列13中的呼入帧34，以保持环形拓扑结构10的同步。在上述例子中，如预期延迟44所示，FIFO队列13可以把已存储帧延迟100微秒，这是t3(250微秒)和t2(150微秒)之间的差。在这种方式下，包括预期延迟时间的环绕环形拓扑结构10的全部时间是250微秒，这个时间是循环时间125微秒的2倍的整数倍。在这种方式下，FIFO队列13可以被用来延迟下述时间，即，某一帧的第一个时隙到达的时间与应该由扩展节点12发射已存储帧32的第一个时隙的时间之间的时间差，正如下文详细解释的那样。
因此，环形拓扑结构10的物理长度可以是任意长度，并且FIFO队列保证了包含延迟时间的全部时间被同步为循环时间的整数倍。FIFO队列13还可以被用来调整由于温度变化导致的可能出现的环绕环形拓扑结构10的长度的任何变化。FIFO队列13中的延迟时间最好小于125微秒的循环时间。
应该懂得，环形拓扑结构的长度可以是任意长度，并且因为125微秒循环长度已经成了电信工业的标准，所以才选择了它。例如，SDH/Sonet和QPSX基于125微秒长的循环。但是，只要该循环时间基本上是不变的，可以采用任何适当的循环时间，以便在由诸节点产生的每个循环内对诸时隙进行同步。
环形拓扑结构10最好带有多个常规节点14，并且这些节点中至少一个节点被选择作为扩展节点12。可以按照适当的选择方法来实现选择扩展节点12的方法，例如，选择具有最高或者最低预定标识号的节点。应该懂得，如果需要的话，环形拓扑结构10可以具有多个扩展节点12。
图2表示节点60的详细情况，节点60带有用来接收呼入循环的末端部分62和用来发射循环的反向末端部分64。包括诸扩展节点和常规节点的所有节点由两个模块组成，即，串行连接在一起的模块66和时隙选择器68。如果把节点60选择作为环形拓扑结构的扩展节点，那么节点60最好把任一呼入时隙写入FIFO队列70。如果节点60不是扩展节点，那么该节点最好立即把所有时隙(包括帧时隙和间隔时隙)前向发送到时隙选择器68，而不经由FIFO队列70传递这些时隙。时隙选择器68可以把这些时隙拷贝到与节点60相连接的用户72。时隙选择器68还可以独立于扩展模块66，直接拿用户72提供的信息替换该帧中的这些时隙。
一般地说，由本发明的DTM环形拓扑结构10提供的服务优先地是基于信道。可以把信道定义为带有发送机和任意数目的接收机的一组时隙。结果是保证了数据将会以信道容量给定的速率到达接收机。可以用时分复用(TDM)方案来图解表示这些物理上共享介质的信道(见图2)。正如上文所指出的那样，光纤介质的全部容量可以被分为一些循环16，循环16有着125微秒的长度，并且可以被进一步分为一些64比特的时隙18。应该懂得，可以采用其它循环和时隙尺寸。除了光纤以外，传输介质可以是同轴电缆或者另一种高容量的介质。在本文中，传输介质将指的是光纤。
正如图3所示，诸有效时隙(active slot)(不包括一组间隔时隙19)最好被分成诸数据时隙20和诸控制时隙22。正如下文中详细描述的那样，每个节点14已经接入到至少一个控制时隙22，控制时隙22可以被用来向网络中的其它节点发送信息。例如，可以按照某一用户的请求并且对来自其它节点的控制信息作出响应，或者同时为管理目的而发出控制讯息。控制时隙22可以构成全部容量的一小部分，而诸时隙的主要部分最好是用来携带负载的数据时隙20。
图4图解表示了整个时间循环50的细节，时间循环50可以被定义为与大约125微秒相对应的整数数目的时隙。循环50可以被分成帧52和诸间隔时隙54。帧52通常可以包含用来携带负载的数据时隙和用来携带控制和管理讯息的控制时隙。每个循环50中包括诸间隔时隙54是必需的，这是因为环形拓扑结构10中的每个节点可能并不是恰好与125微秒同步，并且可以利用诸间隔时隙54来适应各个节点之间的变化。诸间隔时隙54一般决不会被用来携带负载，而只是被用作调整技巧。间隔时隙54的数目可以上下调整几个时隙，以使平均循环时间非常接近125微秒。
在最佳实施例中，帧52还可以包括起始时隙56，把起始时隙56放在帧52的始端，以定义新循环的开始。在这种方式下，帧52的时隙数目是固定的，略微少于循环50中全部时隙的数量。
在扩展节点12产生包含诸帧的任何新的循环以前，扩展节点12最好首先把一连串空闲讯息24发送到环形拓扑结构10。空闲讯息24可以有几种功能。例如，空闲讯息24可以被用来保证在任何帧被发射之前，在环形拓扑结构10内不存在随机循环(包括无用和无意义的信息)，直到确认了第一个空闲讯息26返回到扩展节点12。当第一个空闲讯息26返回时，扩展节点12知道环形拓扑结构10没有任何随机循环。诸空闲讯息24可以被用来告知环形拓扑10内的节点14节点14没有被选为环形拓扑结构10的扩展节点，并且把那个节点选择作为扩展节点的选择过程已经完成。
诸空闲讯息24在它的每个时隙中可能只包含零或者任何其它讯息，这样一来，当第一个空闲讯息26在已经走遍了整个环形拓扑结构10的全部节点14以后返回到扩展节点12时，扩展节点12能够把呼入时隙的内容识别为一个空闲讯息。应该懂得，诸空闲讯息24可以包括任何类型的信息，只要扩展节点12能够把这些呼入讯息识别为诸空闲讯息24。环形拓扑结构内的扩展节点12和其余节点14能够把诸空闲讯息24与有意义的负载信息区别开，这一点是重要的。
正如上文所指出的那样，扩展节点12最好不产生和发射第一帧30，直到至少确认了发往扩展节点12的第一个空闲讯息26已经被接收到。换句话说，在第一帧30被产生以前，扩展节点12继续产生空闲讯息24并且等待，直到至少第一个空闲讯息26已经环绕通过了整个环形拓扑结构10。但是，只要没有空闲讯息已经被返回到扩展节点12，那么扩展节点12就连续不断地产生并且发射诸空闲讯息24，直到第一个空闲讯息26到达扩展节点12，这样一来，在第一帧30被发射到环形拓扑结构10以前，整个环形拓扑结构10内的所有时隙最终都会被空闲讯息24填满。但是，扩展节点12产生帧是不需要的，这只是因为第一空闲讯息26已经到达扩展节点12。扩展节点12可以连续产生空闲讯息24，直到应该产生帧的时候。
希望在发射第一帧30之前利用诸空闲讯息24消除所有随机循环，这是因为随机循环的循环时间可能与节点12和节点14所采用的循环时间不同，因而这些随机循环可能会造成不利影响地干扰整个环形拓扑结构10的同步。
返回到扩展节点12的所有随机循环都可以被临时存储在FIFO队列13中，然后被从扩展节点12删除。但是，在这些随机循环被永久地从环形拓扑结构10删除之前，不需要把任何随机循环先存储在FIFO队列13中。
在最佳实施例中，可以把扩展节点12设置成只记录向FIFO队列13的呼入信息，这些呼入信息不是空闲信息24。在这种方式下，诸空闲讯息24决不进入FIFO队列13，并且随着诸空闲讯息24到达了扩展节点12，它就被从扩展节点12删除。这就保证了FIFO队列13最终将只包含携带帧的负载。
当扩展节点12产生的第一个帧30进入环形拓扑结构10时，FIFO队列13最好是空的，并且一直存在环绕环形拓扑结构10运动的空闲讯息24。当第一帧30到达扩展节点12时，第一帧30进入FIFO队列13，除非第一帧碰巧恰好在新的循环的起始时刻到达，这一时刻是扩展节点12准备发出下一帧的时刻。假定第一帧30在与新的循环起始不同的某一时刻到达扩展节点12，那么第一帧30被存储在FIFO队列13内并且成为FIFO队列13中的第一个循环。第一帧30最好保留在FIFO队列13中，直到下一个循环开始、扩展节点12准备把新的帧发射到环形拓扑结构10的时候。
当扩展节点12准备向环形拓扑结构10发射第二帧32时(即，在下一个循环时间开始时，这个时间恰好在第一循环时间之后125微秒)，扩展节点12可以首先确定在FIFO队列13内是否存在任何应该被传递到本地节点(即扩展节点)的信息。如果存储在FIFO队列内的帧包含一些时隙，这些时隙包含应该被传递到本地节点的信息，那么可以在把该帧前向发送到节点的发射端之前读取这些时隙。此外，随着这些时隙被从扩展FIFO前向发送到扩展节点的发射端，扩展节点可以用新的信息来填充这些时隙。
如果在下一个循环的始端存在一个已存储的可用帧34，那么扩展节点12通过在FIFO队列13内仔细查看已存储帧34及其每个时隙，来读取已存储帧34。例如，扩展节点12可以从读取已存储帧34的时隙1开始读取过程，然后转入时隙2、3等，直到扩展节点12读取了已存储帧34的最后一个时隙。不需要在每个帧的末端标记最后一个时隙，这是因为循环时间和时隙长度是固定不变的，扩展节点12了解什么时候读取每个讯息或循环的最后一个时隙。
如果扩展节点12没有增加给(例如)第二帧32的某一特定时隙的新的信息，那么可以前向发送包含在已存储帧34的该特定时隙内的信息。换句话说，可以设定默认方式，以便可以在未来的帧中使用存储在帧34内的信息，除非与扩展节点12相连接的本地用户希望这个特定时隙包含新的信息，正如下文详细解释的那样。
如果扩展节点12正处在发射例如第二帧32的过程中，与此同时，第一帧30在已经穿越了整个环形拓扑结构10以后返回扩展节点，那么第一帧30优先地进入FIFO队列13并且必须在队列中等待，直到扩展节点12已经读取并且发射了第二帧32的所有时隙。最好是在扩展节点12产生了第一帧30的起始时隙1之后，经过恰好125微秒的整数倍这样一段时间，产生第二帧32的起始时隙1，以保持环形拓扑结构10内所有帧的同步。
当第二帧32已经被发射时，扩展节点12可以开始读取已存储帧34的第一个时隙。正如上文所指出的那样，应该注意到，当扩展节点12读取已存储帧34的每个时隙时，象根据DTM协议的任何其它节点一样，扩展节点具有以下选择权或者采用存储在已存储帧34的特定时隙内的相同信息，或者在把新的帧发射到环形拓扑结构10之前改变特定时隙的信息。
根据DTM协议，环形拓扑结构10内的每个扩展节点12和节点14读取由上述节点(包括扩展节点12)发射的或者从上述节点接收的某一帧的诸时隙时，这些节点中的每个节点都可以把诸时隙的信息拷贝并且发送到特定节点的本地用户，并且把同样的信息发送到环形拓扑结构10的下一个节点。如果采用时隙再用，那么诸节点14也可以读取并且拷贝诸时隙的信息，并且把已拷贝的信息前向发送到本地用户，然后在把该帧前向发送到下一个节点的时候，改变该信息或者把新的信息写入到诸时隙。
当然，这些节点可以或者读取或者拷贝某一特定节点的信息。优先地，当已存储帧32处于FIFO队列13中时，没有对诸时隙的信息作出改变。当扩展节点12不对包含在一组特定时隙内的信息作出改变时，在该环形拓扑结构中位于扩展节点12之前的节点可以向环形拓扑结构10中位于扩展节点12之后的节点发送信息。因此，扩展节点12能够类似于其它一些节点14的功能，不同之处是扩展节点12可以延迟呼入循环，以保证正确的同步。
在扩展节点12发射的每个帧之间，可以由扩展节点12发射一对空闲讯息(指的是图3中的诸间隔时隙54)，用来使这些帧相互分离。
如上所述，本发明的一个重要特点是每个帧的循环时间最好是不变的，以保持整个环形拓扑结构10的同步。另外，尽管每个循环内的每个时隙可能包含或可能不包含任何信息，但是每个帧都有着固定的时隙数目。注意到以下这一点也是重要的有可能在不失去对网络的环形拓扑结构10的同步的情况下，增加光纤11的容量，从而增加每个循环内时隙的数目。即使两个DTM环形网络工作在不同速度下，甚至也有可能把它们连接在一起，并且如果循环时间和时隙长度固定不变，就可以保持它们的同步。
正如上文所提到的那样，在环形拓扑结构10内的扩展节点最12或者任何其它节点14可以通过把信道的一组数据时隙分配给每个节点并且通过发送一个信道建立控制信息来建立一条信道。该控制信息可以被定位于或者某一单一节点或者定位于一个多播小组，并且宣布已经建立了信道以及采用了什么时隙。
传统电路在发送机和接收机之间通常是点到点连接。另一方面，DTM采用共享介质，因为一个时隙能够被环形拓扑结构内的数个节点读取，所以共享介质内在地支持了多播。
接入延迟是从请求到达节点的时刻到数据传递开始的平均时间。它是对信道建立开销的度量，包括分配时隙、向接收机发送信道建立的讯息以及发送数据的第一个时隙所花费的时间。在多跳跃(multi-hop)情况下，发送方在开始发送数据前，等待接收方确认在两个拓扑结构上都已经建立了信道。对于单跳跃情况，发送机可以单独建立通往接收机的信道，因此，一旦已经分配了时隙，发送机就能够开始发送数据。
当处于低负载状态时，接入延迟主要包括节点处理传递请求的时间、等待第一个可用的控制时隙(用于信道建立讯息)进而等待第一个数据时隙的时间。当负载增加时，节点不得不从其它节点请求时隙，并且可能引入更多的延迟。
在每个网络节点中，存在一个节点控制器，该节点控制器是一个处理/处理器(process/processor)，它执行DTM控制协议，控制对数据时隙的访问并且实施网络管理操作，例如网络启动和故障恢复。节点控制器的某些任务与DTM控制协议有关，例如按照用户要求建立和端接信道，以及对用户请求作出响应并且在后台(backgroud)中管理网络资源。在这种方式下，节点控制器可以执行启动指令序列(bootsequences)并且在控制时隙中交换讯息。
优先地，控制时隙被专用于节点控制器之间的讯息。正如上文所提到的，每个节点控制器针对每个循环内至少一个控制时隙带有写访问(write access)，这个循环用于向诸下行节点播发控制讯息。因为诸控制时隙的写访问是专用的，所以节点控制器总是带有针对它的控制时隙的访问，而不管其它节点和网络负载。某一节点所采用的控制时隙的数目在网络工作期间可以动态变化。
最佳情况下，在一个循环内的大多数时隙是数据时隙。对数据时隙的访问随着时间、业务需求而改变。对数据时隙的写访问可以受到诸时隙令牌(或者短令牌(token for short)的控制。节点控制器仅在它拥有相应令牌的情况下才可以把数据写入一个时隙。令牌协议保证了时隙访问不会发生冲突，这意味着至多一个节点把数据写入同一个时隙。
信道建立和带宽再分配的控制信息可以把令牌组作为参数携带。但是，一条控制讯息最好是64比特，因而只能带有少量参数。这意味着如果用户需要很大的传输带宽，就可能需要发送几个控制讯息来建立信道。这会引入额外的接入延迟并且会占用信令容量。已经考虑了几种方案，用来减少在信道建立和令牌再分配期间需要发送的信息量。令牌管理的第一种优化是引入“块(block)”令牌。块令牌可以在单个控制讯息内传递并且代表一组令牌，但是它只能用于特定的令牌组合。例如，可以用一个时隙号码和一个偏移量(offset)来表示块令牌，偏移量给出了该组中诸邻接时隙的数目。块令牌优化(block tokenoptimization)假定令牌池不被碎片化成小片(small pieces)。在自由池中，小的令牌块的数量可能是一个问题，并且将是指碎片(fragmentation)。
令牌协议保证了数据时隙决不会被环形拓扑结构上的两个节点同时使用。有时这个协议太保守了。图6给出了3条信道如何保留3个令牌(A、B和C)的例子。由诸段来连接这些节点，并且诸信道通常采用环形结构中诸段的子集(灰色)，其余的被保留(白色)，但是剩下的没有用，因而浪费了共享资源。另一种更好的方案是让诸信道只在发送机和接收机之间的诸段上保留容量，如图7所示的例子。在这种情况下，在环形拓扑结构中，单个时隙可以被使用多次。信道D和信道E使用同样的时隙，但是使用不同的段。同样，信道F和信道G使用同样的时隙，但是使用不同的段。这指的是时隙再用(slot reuse)。时隙再用使在相同时隙内通过环形拓扑结构的互不连贯的段(disjointedsegments)同时进行发射成为可能。因为环形拓扑结构是圆的，所以从末尾段向起始段保留时隙也是有可能的，例如从段16向段2。这是环形结构的一个新增的特点，这个特点在单或者双直线总线拓扑结构中是得不到的。
时隙再用是一种在环形和总线网络中更好地利用共享链路的通用方法。在DQDB、Simple和CRMA中的时隙再用方法取决于诸时隙内的控制信息。象在元环(meta-ring)那样，诸缓冲区插入网络(Bufferinsertion networks)当与目标释放(destination release)组合时，可以重新使用各个链路的容量，并且借助于通过一个弹性缓冲区延迟呼入分组码流来解决可能发生的竞争。
利用时隙再用可以提高访问体制的复杂性，不管是用硬件诸如DQDB、Simple和CRMA还是软件，例如DTM来实现它。当时隙再用原理在DTM之外的各个系统实施时，时隙再用还给经过某个节点的关键的高速路径增加了复杂的硬件，因而会增加节点延时。
为了在DTM中允许时隙再用，应该把块令牌格式扩展到包括一些参数，这些参数描述了该格式正在表示的(诸)段。令牌管理协议还可以被修改，以避免在时隙数目尺寸(slot number dimension)以及段尺寸(segment dimension)中出现的冲突。最重要的假设是不需要对最初的原型设施作出硬件改变。
在DTM中存在两个影响应用的主要因素。首先，以控制时隙的形式给每个节点分配信令容量，这意味着在一个被给出了固定链路容量的、带有很多节点的环中，没有几个可用于数据传递的时隙。其次，由于时隙令牌在各个节点之间重新分配时，相应的时隙不能被用于数据传输，致使令牌的重新分配带来了开销。
尽管已经参照诸最佳实施例描述了本发明，但是应该懂得，在不背离附带权利要求书中提及的本发明的主旨和范围前提下，可以对本发明作出某些替换和修改。
权利要求书按照条约第19条的修改1．一种对周期性讯息进行同步的方法，该方法包括提供一种环形拓扑结构，该环形拓扑结构带有在操作上与之密切相关的第一、第二、第三和第四节点，该环形拓扑结构有着可以被分成大量时隙的容量；提供一个在操作上与环形拓扑结构密切相关的扩展节点，采用该扩展节点把诸帧发射到环形拓扑结构，该扩展节点带有在操作上与之密切相关的扩展缓冲区；该扩展节点在第一循环时间把第一帧发射到环形拓扑结构，第一帧由一些时隙组成；扩展缓冲区在到达时间接收第一帧，该到达时间滞后于第一循环时间；把第一帧存储在扩展缓冲区中；如果第一帧的到达时间是第一循环时间的整数倍，那么扩展节点重新观察第一帧的诸时隙；并且如果该到达时间不是第一循环时间的整数倍，那么把第一帧延迟一段延迟时间，直到除了该延迟时间之外的全部到达时间是第一循环时间的整数倍，然后该扩展节点重新观察第一帧的诸时隙；把第一信道段从第四节点扩展到第一节点，第一信道段采用第一时隙；把第二信道段从第二节点扩展到第三节点，以便使第二信道段与第一信道段脱离，第二信道段采用第一时隙；并且在第一时隙内通过第一和第二相互脱离的段同时发射信息。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还包括从扩展缓冲区向扩展节点的发射端传递第一帧并且把第一帧发射到环形拓扑结构中去的步骤。
3．根据权利要求2的方法，其特征在于该方法还包括在发射第一帧之前对第一帧进行修改的步骤。
4．根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还包括在第一循环时间之前的第一发射时间发射第一空闲讯息的步骤，第一循环时间在时间上比第一空闲讯息的发射时间滞后整数倍。
5．根据权利要求4的方法，其特征在于该方法还包括在第一循环时间之前的第二发射时间发射第二空闲讯息的步骤，第一发射时间在时间上比第二发射时间滞后整数倍。
6．根据权利要求4的方法，其特征在于该方法还包括以下步骤通过环形拓扑结构发射第一空闲讯息，扩展节点接收该第一空闲讯息并且把该第一空闲讯息从环形拓扑结构中删除。
7．根据权利要求6的方法，其特征在于该方法还包括把第一空闲讯息与第一帧区别开的步骤。
8．根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还包括仅仅把帧存储在扩展缓冲区中的步骤。
9．根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还包括在把第一帧发射到环形拓扑结构之前读取第一帧的诸时隙的步骤。
10．根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还包括在发射第一帧的步骤之后发射一个空闲讯息并且发射第二帧的步骤。
11．一种在具有可分成固定循环时间的容量的电路交换网络中对一些周期性的帧进行同步的方法，该方法包括提供了一种环形拓扑结构，该环形拓扑结构包括在操作上与之密切相关的一个扩展节点以及第一、第二、第三和第四节点，该扩展节点带有一个缓冲部分；提供多个空闲讯息；提供多个帧，这些帧由一些数据时隙和固定数量的控制时隙组成；把多个空闲讯息发射到环形拓扑结构，每个空闲讯息至少被一个循环时间分离；以及对缓冲部分进行控制，如果缓冲部分包含第一空闲讯息，那么把一个帧发射到环形拓扑结构；如果缓冲区不包含讯息，那么继续把一些空闲讯息发射到环形拓扑结构；
把第一信道段从第四节点扩展到第一节点，第一信道段采用第一时隙；把第二信道段从第二节点扩展到第三节点，以便使第二信道段与第一信道段脱离，第二信道段采用第一时隙；并且在第一时隙内通过第一和第二相互脱离的段同时发射信息。
12．一种动态同步转移模式网络，包括一种动态同步转移模式环形拓扑结构，该环形拓扑结构的容量可以分成一些控制时隙和数据时隙；一个在操作上与环形拓扑结构密切相关的扩展节点，该扩展节点包括一个先入先出扩展队列以及与该先入先出扩展队列串行连接的时隙选择器，该时隙选择器被连接到用户接入模块以及扩展缓冲区的发射端；以及与该环形拓扑结构在操作上密切相关的第一、第二、第三和第四节点；从第四节点扩展到第一节点的第一信道段，第一信道段采用第一时隙；以及从第二节点扩展到第三节点的第二信道段，以便使第二信道段与第一信道段脱离，第二信道段采用第一时隙，第一时隙是可以通过第一和第二相互脱离的段同时发射的。
13．一种电路交换网络，包括一个环形拓扑结构，该环形拓扑结构带有在操作上与之密切相关的第一节点、第二节点、第三节点和第四节点；一个在操作上与该环形拓扑结构密切相关的扩展节点，用于把诸空闲讯息和帧发射到环形拓扑结构，这些帧是由第一帧和第二帧组成的，第一帧带有多个数据时隙和与第一节点有关的第一控制时隙以及与第二节点有关的第二控制时隙，第二帧带有多个数据时隙和与第一节点有关的第一控制时隙以及与第二节点有关的第二控制时隙；一个在操作上与扩展节点密切相关的缓冲段，用于接收和存储由扩展节点发射的诸帧，并且用于从环形拓扑结构中消除诸空闲讯息；
从第四节点扩展到第一节点的第一信道段，第一信道段采用第一时隙；以及从第二节点扩展到第三节点的第二信道段，以便使第二信道段与第一信道段脱离，第二信道段采用第一时隙，第一时隙是可以通过第一和第二相互脱离的段同时发射的。
权利要求
1．一种对周期性讯息进行同步的方法提供一种环形拓扑结构，该环形拓扑结构带有在操作上与之密切相关的一些节点，该环形拓扑结构有着可以被分成大量时隙的容量；提供一个在操作上与环形拓扑结构密切相关的扩展节点，采用该扩展节点把诸帧发射到环形拓扑结构，该扩展节点带有在操作上与之密切相关的扩展缓冲区；该扩展节点在第一循环时间把第一帧发射到环形拓扑结构，第一帧由一些时隙组成；扩展缓冲区在到达时间接收第一帧，该到达时间滞后于第一循环时间；把第一帧存储在扩展缓冲区中；如果第一帧的到达时间是第一循环时间的整数倍，那么扩展节点重新观察第一帧的诸时隙；并且如果该到达时间不是第一循环时间的整数倍，那么把第一帧延迟一段延迟时间，直到除了该延迟时间之外的全部到达时间是第一循环时间的整数倍，然后该扩展节点重新观察第一帧的诸时隙。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还包括从扩展缓冲区向扩展节点的发射端传递第一帧并且把第一帧发射到环形拓扑结构中去的步骤。
3．根据权利要求2的方法，其特征在于该方法还包括在发射第一帧之前对第一帧进行修改的步骤。
4．根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还包括在第一循环时间之前的第一发射时间发射第一空闲讯息的步骤，第一循环时间在时间上比第一空闲讯息的发射时间滞后整数倍。
5．根据权利要求4的方法，其特征在于该方法还包括在第一循环时间之前的第二发射时间发射第二空闲讯息的步骤，第一发射时间在时间上比第二发射时间滞后整数倍。
6．根据权利要求4的方法，其特征在于该方法还包括以下步骤通过环形拓扑结构发射第一空闲讯息，扩展节点接收该第一空闲讯息并且把该第一空闲讯息从环形拓扑结构中删除。
7．根据权利要求6的方法，其特征在于该方法还包括把第一空闲讯息与第一帧区别开的步骤。
8．根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还包括仅仅把帧存储在扩展缓冲区中的步骤。
9．根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还包括在把第一帧发射到环形拓扑结构之前读取第一帧的诸时隙的步骤。
10．根据权利要求1的方法，其特征在于该方法还包括在发射第一帧的步骤之后发射一个空闲讯息并且发射第二帧的步骤。
11．一种在具有可分成固定循环时间的容量的电路交换网络中对一些周期性的帧进行同步的方法，该方法包括以下步骤提供了一种环形拓扑结构，该环形拓扑结构包括在操作上与之密切相关的一个扩展节点和至少两个节点，该扩展节点带有一个缓冲区部分；提供多个空闲讯息；提供多个帧，这些帧由一些数据时隙和固定数量的控制时隙组成；把多个空闲讯息发射到环形拓扑结构，每个空闲讯息至少被一个循环时间分离；以及对缓冲区部分进行控制，如果缓冲区部分包含第一空闲讯息，那么把一个帧发射到环形拓扑结构；如果缓冲区部分不包含讯息，那么继续把一些空闲讯息发射到环形拓扑结构。
12．一种动态同步转移模式网络，包括一种动态同步转移模式环形拓扑结构，该环形拓扑结构的容量可以分成一些控制时隙和数据时隙；一个在操作上与环形拓扑结构密切相关的扩展节点，该扩展节点包括一个先入先出扩展队列以及与该先入先出扩展队列串行连接的时隙选择器，该时隙选择器被连接到用户接入模块以及扩展缓冲区的发射端；以及至少两个在操作上与环形拓扑结构密切相关的节点。
13．一种电路交换网络，包括一个环形拓扑结构，该环形拓扑结构带有在操作上与之密切相关的第一节点和第二节点；一个在操作上与该环形拓扑结构密切相关的扩展节点，用于把诸空闲讯息和帧发射到环形拓扑结构，这些帧是由第一帧和第二帧组成的，第一帧带有多个数据时隙和与第一节点有关的第一控制时隙以及与第二节点有关的第二控制时隙，第二帧带有多个数据时隙和与第一节点有关的第一控制时隙以及与第二节点有关的第二控制时隙；以及一个在操作上与扩展节点密切相关的缓冲段，用于接收和存储由扩展节点发射的诸帧，并且用于从环形拓扑结构中消除诸空闲讯息。
全文摘要
由扩展节点把一些空闲讯息发射到环形拓扑结构,直到第一个讯息在环绕了整个环之后到达了该扩展节点。然后由扩展节点在每个循环时间内发射这些帧。扩展节点带有一个扩展缓冲区,该扩展缓冲区可以接收呼入帧,并且存储这些帧,直到下一个循环时间。然后,可以把存储在缓冲区中的帧传递到扩展节点的发射端,并且把该帧发射到环形拓扑结构中去。如果在新的循环时间开始时没有存储在缓冲区内的帧,那么扩展节点可以产生新的帧,并且把这个新的帧发射到环形拓扑结构中去。
文档编号H04L12/28GK1285103SQ98813832
公开日2001年2月21日 申请日期1998年7月24日 优先权日1998年4月10日
发明者拉斯·H·拉姆菲尔特, 拉斯·M·海德尔 申请人:德纳克公司