专利名称：在远程通信交换设备中提供设施与模块冗余的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明一般来说涉及通信网络，更具体而言，涉及具有模块冗余以防止网络连接故障的ATM(异步传送方式)设备TAM(异步传送方式)高速交换网作为一种能够将当今的数字服务与新的多媒体服务，例如，点播电视，多源实况电视，CD音质音乐，局域网互联，和用于科学与工业的高速数据传送的技术已经提出来了。为了实现这些不同的服务，ATM网设计成处理为各种实时的，如电视会议以及非实时的，如电子邮件与网的浏览的应用所需的各式各样的传输特性，例如，恒速、变速，与突发。ATM网的基本原理对于本领域的技术人员是熟知的。在许多已出版的参考书刊中均有讨论(例如，参看Andrew S.Tanenbaum,Computer Networks,PrenticeHall,1996,3rd ed.)。
ATM利用信元交换技术交换传送的数据。在ATM网中的所有数据在网的转换器之间以小的，固定规模的53字节长的ATM信元进行传送，其中5字节用于头段，48字节用于信息或数据负荷。每个信元的头段包含用于在网络上传送信元的虚拟连接标识符。每个ATM信元包含在信元头段中有两部分连接标识符虚拟路径标识符(VPI)和虚拟电路标识符(VCI)。这两部分连接标识符唯一地识别在一个物理接口上的ATM虚拟连接。
ATM是一种面向连接的技术。也就是说，由用户A向用户B要求呼叫，类似于电话呼叫，在两个用户之间建立连接。一旦连接路径被建立，在相同的连接路径上传送所有的数据信元。这就保证信元将按次序发送。虽然ATM在两个主机之间建立电路，然而采用信元交换技术在内部建立这种电路。当一个虚拟电路在两个主机之间建立时，真正发生的是在沿着主机之间的路径上的每个转换器中建立了存贮路由信息的表格记录。
以下是当用户A连接到用户B时所发生的情形的一个例子。首先，用户A发送呼叫请求到用户B。呼叫请求到达ATM网络的一个入口转换器。位于入口转换器的呼叫控制软件利用与NNI路由服务组合的NNI发信号步骤给用户B定位并建立用户A和用户B在上交换数据的虚拟连接。
一旦连接被建立，数据可以在用户A和用户B之间交换。典型情况下，数据流进行如下。用户A打开用户A计算机上的一个应用程序发送数据到用户B。在用户A侧的网络软件将从用户A的应用程序接收数据，并将数据安排到包中。每个分组被安排为一个53字节ATM信元的可变长度序列，携带由包含与应用程序有关的信息的分组头段信元在前的数据负荷。分组在ATM网络上一个信元接一个信元地从用户A发送到用户B。信元由用户B端的软件重新组装为分组并作为一个应用分组提交给用户B。
为了保证服务质量和调节业务流量与阻塞，ATM网络提供几种机制。通信量整形与通信拥挤控制已为ATM网络提出来了。在通信量整形中，服务质量合同在用户与网络之间数据传输前就形成了，其中规定了所要求的传输参数。例如，用户可规定一种要求，即数据延时10微秒传送。反过来，用户被要求遵守合同的条件，例如，在商定的速率以下发送。通信管制功能，例如，在ATM网络内用户参数控制(UPC)迫使用户符合合同中的条款。
ATM网络的物理层连接通常由按SONET(同步光网络)标准工作的光纤组成。SONET系统由传输网络部件，如加/分接多路转换器(ADM)，多路转换器，和转发器组成，全都由光纤连接。在SONET网络中的ATM转换器可以有一个或多个将ATM信元从纤维通路的光信号中抽出的SONET接口单元板，使得ATM转换器能够应用ATM处理与路由选择功能。
在ATM网络中，ATM转换器的可靠性是关键性的，因为功能失常的ATM设备可导致各个恒定的虚拟电路(PVC)和被交换的虚拟电路(SVC)连接的故障。ATM设备的功能失常通常分为两类故障设施故障和设备故障。设施故障一般归结为对于设备来说的任何外部物件的故障，例如输入到设备的电缆中的一条电缆故障，纤维被切断，或者甚至是连接器的问题。某人可能拔掉设备前面的连接器，这种情况被归类为设施故障。设备故障包括发生在设备本身的电子部件内的任何故障(例如电子故障)。
为了保持网络的可靠性，不顾及上述的设施和设备的故障，提供对于ATM设备或其它通信交换设备的保护是非常希望的。
发明概述为了克服上述的问题，本发明包括为接收第一信元流配置的工作电路以及为接收第二信元流配置的保护电路。典型情况下，信元是ATM信元。第二流与第一流是相同的。保护电路与工作电路功能上是相同的并相互同步。交叉点转换器被配置来选取第一流并作进一步配置以便根据在第一流的工作电路中检测到的差错条件来选择并用第二流替换第一流。
差错条件可以是设施差错条件(例如，未连接的电缆)或设备差错条件。设备差错条件是发生在设备内部的一种故障(例如，SONET成帧器，多路转换器，用户参数控制单元，路由器，以及其它与工作电路和保护电路有联系的电路)。
在本发明的另一方面，工作电路从光信号接收第一流，保护电路从相同的光信号接收第二流。
在本发明的另一方面，工作电路在第一板上实施，保护电路在第二板上实施，第一板与第二板是分开的并且有区别。
在本发明的另一方面，工作电路包括多个对第一流上执行ATM功能的ATM单元，保护电路包括多个对第二流执行相同的ATM功能的相同的ATM单元。ATM单元中的一个可以是多路转换器，SONET成帧器，路由器，用户参数控制单元，和发信号单元。
在本发明的另一方面，第一模块有多个口，其中一个或多个口作为工作电路的输入接受它们的流，其余的口可以作为保护电路的输入接受它们的流。
在本发明的另一方面，第二模块包括保护电路，并有多个口，其中一个口作为保护电路输入接受第二流，其余的口可以作为工作电路的输入接受它们的流。
在本发明的再一方面，一个ATM转换器的构件有多个输入口，多个输出口，并被配置成将从输入口之一的信元流接收到的ATM信元传送到任何一个输出口。
在本发明的另一方面，ATM转换器构件的输入口从信元流接收ATM信元，或者是第一流或者是第二流，取决于交叉点转换器的选择。
在本发明的另一方面，第二交叉点转换器被配置为从ATM转换器构件的输出口之一接收ATM信元，并且将ATM信元引向第三流，以及进一步将ATM信元引向第四流。
在本发明的另一方面，第二工作电路被配置为从第二交叉点转换器接收第三信元流。而且，第二保护电路被配置为从第二交叉点转换器接收第四信号流，第三流与第四流是相同的。第二保护电路与第二工作电路功能上是相同的并相互同步。
附图简述
图1是一个系统图，示出一种利用依据本发明提供防止故障的交叉点转换器的示范性ATM转换器结构。
图2是一种用于在输入ATM信元流上工作的示范性SONET接口单元的方框图。
图3是一种用于在输出ATM信元流上工作的示范性SONET接口单元的方框图。
图4是一种依据本发明的ATM转换器结构的示范性系统简图。
图5是一个示范性方框图，用作说明由依据本发明的交叉点转换器引向的数据流。
图6是一个示范性方框图，用作说明由依据本发明的交叉点转换器引向的信号流。
发明详述图1示出一种用于保护ATM交换构件118免除设施和设备功能失常的本发明的结构100的优选实施方案。然而，应该理解，本发明的其它实施方案可应用ATM以外的转换构件。本发明为ATM网络每个单独的恒定虚拟电路(PVC)和被交换的虚拟电路(SVC)提供50毫秒量级的保护。简单地说，为了对两个分离的模块提供相同的信息，所实施的方法是采用1+1APS(自动保护交换)。在故障的情况下，保护模块将动作并提供服务。通过采用交叉点转换器使保护模块对于转换器构件动作。
图1示出具有四个SONET(同步光网络)接口模块(SIU)112,114,122,124的结构100。交叉点转换器116和120将这四个SIU模块接合到转换器构件118。在最佳实施方案中，模块112和122的电路作为发送接收机对在相同的电路板上实施，同样，冗余模块114和124的电路作为发送接收机对在相同的电路板上实施。然而，图1在功能上描绘了模块112,114,122和124，因此，本发明并不限于模块112,114,122,124和电路板硬件之间任何特定的对应。这样，其它的配置是可能的。另外，模块112,114,122和124的电路是双向的。尽管在此数据被描述为输入到模块112和114，流过系统并通过模块122和124输出，应该注意到，数据也可以在反方向流动，输入到模块122和124，流过系统并通过模块112和114输出。
图2示出在口1-4接收SONET帧的流131a-d的SIU模块112的最佳实施方案。冗余模块114与模块112同样地工作。在最佳实施方案中，流131a-d由SDNET帧组成。SONET帧由帧管理开销信息和一系列的ATM信元组成的负荷构成。这种利用同步SONET载波支持异步ATM层的过程在远程通信技术中是人所共知。
SONET去帧器133a-d将ATM负荷从流131a-d的SONET帧中抽出。从每个SONET帧中抽出的负荷是ATM信元流。
只在口0,SIU模块112包含从ATM网络接收在口0上的ATM电信号(非光的)的AAL5(ATM适配层5)单元131f。AAL5单元131f通过建立与撤销对于ATM网络的呼叫执行发信号的功能。在本发明的实施方案中，有一个为每个模块的四个口服务的发信号功能单元。SIU模块将来的修改或变更不必要受这种配置约束。多路转换器单元135a将从AAL5 131f输出的ATM信号与从SFM 133a输出的ATM信元流组合。
多路转换器单元135a-135d将从SONET去帧器(SFM单元)133a-133d和AAL5 131f接收到的数据流传送到参数控制(UPC)单元137a-d，监测从单元135a-135d接收到的ATM信元流，以便实施用户合同以及在ATM网络技术中众所周知的其它管制功能。
路由器139a-d将从转换器构件118的输入口119由UPC单元137a-137d接收到的ATM信元传送到转换器构件118的适当的输出口121(见图1)。每个ATM信元有一个头段和一个携带信息位的负荷。ATM信元的头段指明一个虚拟地址，由此路由器确定将ATM信元送到何处。例如，输入到ATM转换器构件118的一个ATM信元将依据头段送到转换器构件输出口1-8之一。路由器将一个内部码放到ATM信元中以便将此信元通过转换器构件118传送。
图3示出在从交叉点转换器120输出口1-4(在常设情况下口1-4是工作口)接收到的ATM信元流141a-d上工作的SIU模块122。路由器143a-143d可在ATM信元流141a-d上执行操作以便准备将它们送到外部网络。UPC单元145a-145d可在从路由器143a-143d输出的信元流上执行通信量整形或其它操作。多路转换器147a-147d从UPC单元145a-145d传送数据。在口0中，逆多路转换器147a将呼叫信号数据从ATM数据流中分离到发信号单元142。SFM模块149a-149d建立用于传送从MUX147a-147d接收到的ATM信元的SONET帧。另外，应该注意到，模块122和124是双向的，因此当ATM信号流151a-151d是在口1-4接收到时，模块122,124的路由器单元(RT)143a-143d,UPC145a-145d,MUX147a-147d,SFM149a-149d，和AAL5单元142执行以上为模块112,114的各个单元描述的相同的功能。
SIU模块114是具有与SIU112相同电路的一个冗余模块。同样，SIU模块124是一个包含与SIU模块122相同电路的冗余模块。接口模块112和122被指定为动作模块。接口模块114和124被指定为备用模块。在任何给定的时间上，模块中一个可被配置为或者是工作口或者是保护口。当保护口保持不动作时，工作口正在起作用处理输入数据。为了明了这点，举个例子，SIU模块112的口1或者模块114的口1将是工作口，其它的口将是保护口。同样地，SIU模块112的口2可以是工作口，而SIU模块114的口2是保护口，或者反过来。在本示范性实施方案中，动作的SIU模块112的所有口一开始被选为工作口，SIU模块114的所有口是保护口。再次参考图1，转换构件118能够将所有的ATM信元从8个输入口119中任何一个传送到8个输出口121中的任何一个(为了简单起见，在图1中示出8个口)。通常，ATM转换器可以有任意数量的输入(N)，也就是说，可以是N×M矩阵。最好，有16个输入和输出口。
有两个交叉点转换器116,120，在转换器构件输入级上的交叉点转换器116和转换器构件118输出级上的交叉点转换器120。具有输入口和输出口的交叉点转换器116将其输入口136中的任一个连接到输出口117中的任一个。交叉点转换器120将其输入口123中的任一个连到输出口141中的任一个。
图4用作说明本发明的基本结构100，通过包含图2和3中所示的SIU模块电路使其比图1更详细些。
图5用作说明依据本发明的示范性实施方案的交叉点转换器116和120的数据流操作。在这种特定的配置中，SIU模块112的口1和2以及冗余SIU模块114的口3是当前的工作口。在本例中口4未用上。事实上，口4在非保护方式中既可为SIU122也可为SIU124工作。
现在将解释图5的数据流。首先，在SIU模块112的口1接收到的ATM信元流131a由SONET去帧器133a,MUX135a,UPC单元137a,和路由器139a处理并作为ATM信元流136a输出。交叉点转换器116沿着路径201将ATM信元流136a从交叉点转换器116的输入口1引到输出口1，使得信元流连到转换器构件118的口1并由它接收。
ATM信元流131b在SIU模块112的口2被接收并由SONET去帧器133b,MUX135b,UPC单元137b，和路由器139b处理，作为ATM信元流136b输出。交叉点转换器116沿着路径207将ATM信元流136b从其输入口2引到输出口2，使得信元流连到转换器构件118的口2并由它接收。
在SIU模块114的口3接收到的ATM信元流131c由SONET去帧器133c,MUX135c,UPC单元137c，和路由器139c处理并作为ATM信元流136c输出。交叉点转换器116沿着路径213将ATM信元流136c从交叉点转换器116的输入口7引到输出口3，使得信元流连到转换器构件118的输入口3并由它接收。因此，交叉点转换器116将冗余模块114输出口7连到转换器构件118的输入口3以替代常设的路径，该路径工作时是将SIU模块112的口3连到转换器构件118的输入口3。
ATM信元流131a也被提供给SIU模块114的输入口1。如果SIU112的口1路径中有设备故障，那末通信可被切换，由SIU模块114的口1处理并通过交叉点转换器116传送到转换器构件118的输入口1而没有撤销呼叫。实际上呼叫以飞跳方式重新建立，对用户来说并未中断。这是一种在ATM网络切换方面的进步，因为交叉点转换器处理设备故障而未撤销通信或呼叫。
本质上，本发明的示范性实施方案可以检测设备故障，如在SIU模块(工作电路)中的故障然后通过将ATM信元数据从有故障的工作SIU脱开，利用交叉点将工作保护SIU连接到转换器构件，将ATM信元数据从另外一个SIU模块的输入(保护电路)重新选择路由。交叉点转换器使重新选择路由的信元数据能够通过转换器构件返回到它原来的路径。在设备故障期间用户并未丢失呼叫。因此，建立了一种更可靠的ATM交换网络。
转换器构件118按照路由指令将在其输入口119接收到的ATM信元传送到输出口121。预定从ATM信元141a传送到转换器构件118的输出口1的ATM信元，由ATM转换器118传送到输出口1的ATM信元组成的信元流141a中的ATM信元由交叉点转换器120沿着路径203引到SIU122的输入口1并同时沿着路径205引到直接连接SIU124的口1的交叉点转换器120的输出口5。结果，相同的ATM流由交叉点转换器120在路径203和205上被传送到SIU模块122和124的口1，因而，这就提供冗余路径用于支持1加1(1+1)SONET保护交换。
ATM信元预定从ATM信元流141b传送到转换器构件118的输出口2。由ATM转换器118传送到输出口2的ATM信元组成的信元流141b中的ATM信元由交叉点转换器120沿着路径209引到SIU122的口2并同时沿着路径211引到直接连接SIU124的口2的交叉点转换器120的输出口6。ATM信元预定从ATM信元流141c传送到转换器构件118的输出口3。然后由ATM转换器118传送到输出口3的ATM信元组成的信元流141c中的ATM信元由交叉点转换器120沿着路径215引到SIU122的口3，同时沿着路径217引到直接连到SIU124的口3的交叉点转换器120的口7。
图6展示出在本发明的一种示范性实施方案中呼叫建立期间出现的信号数据流的例子。在这种特定的配置中，SIU模块112的口1和2以及冗余SIU模块114的口3是当前的动作口。注意，在本例中口4未用上。
在SIU模块112的口1接收到的ATM信元流131a由SFM133a,MUX135a,UPC137a,和RT139a处理并作为ATM信元流136a输出。交叉点转换器116沿着路径301将ATM信元流136a从其口1到口1以便将信元流连接到转换器构件118的口1并由它接收。
在SIU模块112的口2接收到的ATM信元流131b由SFM133b,MUX135b,UPC137b，和RT139b处理并作为ATM信元流136b输出。交叉点转换器116沿着路径303将ATM信元流136b从其口2到口2以便将信元流连接到转换器构件118的口2并由它接收。
在SIU模块114的输入口3接收到的ATM信元流131c由SFM133c,MUX135c,UPC137c，和RT139c处理并作为ATM信元流136c输出。交叉点转换器116沿着路径305将ATM信元流136c从其输入口7引到输出口3以便将信元流连接到转换器构件118的输入口3并由它接收。
转换器构件118将ATM信号信元从路径301,303,305沿着路径307,309和311传送到转换器构件118上的输出口1。因而，所有口1,2和3的呼叫建立信息沿着到处理呼叫的SIU模块的信号单元AAL5142的路径312传送到口1。注意，为了使用SIU模块124上的AAL5142有可能引起SIU模块122上AAL5142的故障。
虽然本发明的设备中只有某些实施方案已经在附图中作了说明并在前面的详述中作了描述，应该理解本发明并不限于所公开的实施方案，能够有另外的重新安排，修改和替换，而没有偏离由以下的权利要求提出及规定的本发明的精神。因此，应该理解，本发明的范围包含所有的这样一些安排并且仅仅由以下的权利要求所限制。
权利要求
1．一种提供设备与设施冗余的装置，包括被配置来接收第一通信数据流的工作电路；被配置来接收第二通信数据流的保护电路，第二流与第一流是相同的，保护电路和工作电路功能上是相同的并相互同步；和交叉点转换器被配置来从第一流和第二流中选择一个并且被配置成按照在至少一个工作电路和第一通信数据流中检测到的差错条件选择和用第二流替代第一流。
2．如权利要求1的装置，其中通信数据是ATM信元数据。
3．如权利要求1的装置，其中工作电路从光信号接收第一流，保护电路从光信号接收第二流。
4．如权利要求1的装置，其中工作电路在第一电路板上实施，保护电路在第二电路板上实施，第一电路板与第二电路板是分离的并且有差别。
5．如权利要求1的装置，其中工作电路包括多个在第一流上执行ATM功能的第一ATM信道，保护电路包括多个在第二流上执行ATM功能的第二ATM信道。
6．如权利要求5的装置，其中第一ATM信道中的一个和第二ATM信道中的一个每个都包括一个多路转换器。
7．如权利要求5的装置，其中第一ATM信道中的一个和第二ATM信道中的一个包括一个SONET成帧器。
8．如权利要求5的装置，其中第一ATM信道中的一个和第二ATM信道中的一个包括一个路由器。
9．如权利要求5的装置，其中第一ATM信道中的一个和第二ATM信道中的一个包括一个用户参数控制单元。
10．如权利要求1的装置，还包括第一模块，包括工作电路并有多个口，其中一个口作为工作电路的输入接受第一流。
11．如权利要求1的装置，还包括第二模块，包括保护电路并有多个口，其中一个口作为保护电路的输入接受第二流。
12．如权利要求1的装置，还包括ATM转换器构件，具有多个输入口，多个输出口，并被配置成将ATM信元从所述的多个输入口中的一个传送到所述的多个输出口中的任何一个，所述的ATM信元作为所述的第一流的部分从所述的工作电路接收到。
13．如权利要求1的装置，还包括ATM转换器构件，具有多个输入口，多个输出口，并被配置成将ATM信元从所述的多个输入口中的一个传送到所述的多个输出口中的任何一个，所述的ATM信元作为所述的第二流的部分从所述的保护电路接收到。
14．如权利要求12的装置，还包括第二交叉点转换器，被配置成从ATM转换器构件的多个输出口中的一个接收ATM信元并且将接收到的ATM信元引到第二工作电路的输出部分及第二保护电路的输出部分中的一个。
15．如权利要求1的装置，其中差错条件是设施差错条件。
16．如权利要求15的装置，其中设施差错条件包括断开的电缆。
17．如权利要求1的装置，其中差错条件是设备差错条件。
18．如权利要求17的装置，其中设备差错条件包括SONET成帧器故障，多路转换器故障，参数控制单元故障，和路由器故障中的至少一种故障。
19．一种为实现ATM功能的ATM电路提供设备与设施冗余的方法，包括用第一电路对第一ATM信元流执行一组ATM功能产生处理过的第一流；用第二电路对第二ATM信元流执行ATM功能产生处理过的第二流，第二流与第一流相同，第一电路和第二电路实现ATM功能，第一电路和第二电路相互同步；和根据在第一电路中检测到的差错条件，将第二处理过的流替代输入到ATM转换器的一个指定口的第一处理过的流，第一处理过的流一开始被选作输入到ATM转换器的指定口，由此为ATM功能提供冗余保护。
20．如权利要求19的方法，其中ATM功能包括多路转换，SONET成帧，选择路由，和用户参数控制中至少一个功能。
21．一种为ATM电路提供设备与设施冗余的方法，包括以下步骤接收第一ATM信元流；形成与第一ATM信元流相同的第二ATM信元流；检测与第一流有关的差错条件；和根据检测到的差错条件将第一流切换到第二流。
22．一种为ATM电路提供设备与设施冗余的方法，包括以下步骤利用交叉点转换器复制ATM信元；和利用交叉点转换器将冗余信元发送到两个不同的路径。
全文摘要
一种交叉点转换器被配置成从ATM信元的第一流和ATM信元的第二流选择一个,第一流和第二流是相同的,并且被进一步配置为根据在工作电路对第一流操作中检测到的差错条件进行选择并用第二流替代第一流。安放在接口模块上的工作电路被配置为接收ATM信元的第一流并对它操作。安放在冗余接口模块上的保护电路被配置为接收第二信元流并对它操作。保护电路和工作电路功能上相同并相互同步以便从一个流切换到其它的流而没有中断网络服务。
文档编号H04L12/02GK1319967SQ0010377
公开日2001年10月31日 申请日期2000年3月9日 优先权日2000年3月9日
发明者S·K·维斯瓦纳坦, R·W·库巴格 申请人:三星电子株式会社