专利名称：实现具有基于速率的流量控制的链路容量调节方案接收的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电信、同步光纤网(SONET)以及同步数字系列(SDH)。更具体来说，本发明涉及用于防止LCAS信宿上的数据丢失的方法及装置。
背景技术：
欧洲知名的同步光纤网(SONET)或同步数字系列(SDH)是常用的电信传输方案，它设计用于适应DS-1(T1)和E1业务以及其倍数(DS-3和E-3)。DS-1信号由多达二十四个时分复用DS-0信号加上开销位组成。每个DS-0信号为64kb/s信号，并且是数字网络中最小的带宽分配，即足够用于单个电话连接。E1信号由其中的至少一个DS-0携带开销信息的多达三十二个时分复用DS-0信号组成。
二十世纪八十年代初期开发的SONET在北美具有51.84兆位/秒的基本(STS-1)速率。STS-1信号可容纳28个DS-1信号或者21个E1信号或者两者的组合。基本STS-1信号具有125微秒的帧长度(每秒8000帧)，并且组织成810个八位字节的帧(9行乘90字节宽的列)。大家知道，8000帧*每帧810个八位字节*每个八位字节8位＝51.84兆位/秒。帧包括在欧洲已知的同步净荷包络(SPE)或虚拟容器(VC)以及传输开销。传输开销包含在前三列(27字节)中，以及SPE/VC占用其余87列。
在欧洲，基本(STM-1)速率为155.520兆位/秒，相当于北美的STS-3速率(3*51.84＝155.520)。STS-3(STM-1)信号可容纳3个DS-3信号或63个E1信号或84个DS-1信号或者它们的组合。STS-12信号为622.080Mbps，并且可容纳12个DS-3信号等。STS-48信号为2488.320Mbps，并且可容纳48个DS-3信号等。最高的规定STS信号STS-768接近40Gbps(每秒千兆位)。缩略词STS表示同步传输信号，以及缩略词STM表示同步传输模块。STS-n信号在以光学方式而不是以电气方式传送时又称作光载波(OC-n)信号。
为了帮助低速率数字信号的传送，SONET标准采用子STS净荷映射，称作虚拟支路(VT)结构。(ITU将其称作支路单元或TU。)这种映射把SPE(VC)帧分为七个相等大小的子帧或VT(TU)组，其中各具有九行十二列(108字节)。四个虚拟支路大小定义如下。
VT1.5具有1.728兆位/秒的数据传输速率，并且容纳具有开销的DS1信号。VT1.5支路占用九行三列，即27字节。因此，每个VT组可容纳四个VT1.5支路。
VT2具有2.304兆位/秒的数据传输速率，并且容纳具有开销的CEPT-1(E1)信号。VT2支路占用九行四列，即36字节。因此，每个VT组可容纳三个VT2支路。
VT3具有3.456兆位/秒的数据传输速率，并且容纳具有开销的DS1C(T2)信号。VT3支路占用九行六列，即54字节。因此，每个VT组可容纳两个VT3支路。
VT6具有6.912兆位/秒的数据传输速率，并且容纳具有开销的DS2信号。VT6支路占用九行十二列，即108字节。因此，每个VT组可容纳一个VT6支路。
本领域的技术人员会理解，原始SONET/SDH方案以及VT映射方案设计用于承载已知且可能可预知的TDM信号。在二十世纪八十年代初期，这些TDM信号主要为复用电话线路，各具有(现在认为)较小的56-64kbps的带宽。当时，对于数据通信没有实际标准。存在许多不同的方案用于局域联网，以及最后成为所称的因特网的广域网基于“56k干线”。从此，以太网已经成为局域联网的标准。当今的以太网可用于四种带宽原始10Mbps系统，100Mbps快速以太网(IEEE 802.3u)，1000Mbps千兆位以太网(IEEE 802.3z/802.3ab)，以及10千兆位以太网(IEEE 802.3ae)。
近年来已认识到，SONET/SDH是链接广泛区域的高速以太网网络的最实际方式。然而，各种以太网传输速率(10Mbps、100Mbps、1000Mbps以及10000Mbps)没有顺利地映射到SONET/SDH帧中。例如，原始的10Mbps以太网信号对于VT-6支路过大，而对于整个STS-1则过小。换言之，在现有的SONET/SDH方案中，为了传送10Mbps以太网信号，必须使用整个STS-1路径，从而浪费大量带宽。在尝试把更快速以太网信号映射到STS信号时出现类似的结果。
为了提供用于有效地把以太网信号(以及例如光纤信道和ESCON等的其它信号)映射到SONET/SDH帧的方案，虚拟级联协议被创建并由ITU核准作为G.707标准。与逆复用相似，虚拟级联把多个链路(成员)组合为一个虚拟级联组(VCG)，使运营商能够对于以太网业务来优化SDH/SONET链路。例如，采用虚拟级联，五个VT-2(2Mbps)链路可组合以便携带10Mbps以太网信号，从而产生分配带宽的完全利用。两个STS-1(51Mbps)链路可组合以便携带100Mbps以太网信号等。虚拟级联采用SONET/SDH开销字节(十六个“H4”字节中的四个)来表明两个号码多帧指示符(MFI)和序列号(SQ)。
允许组成VCG的不同支路沿着通过网络的不同路径。这意味着，同时离开网络节点并且适当交织的组成员相互之间在不同时间到达其目的地。消除组成员之间的这个差异延迟(或偏斜)并在对净荷内容去映射之前恢复其正确顺序是接收机的职责。
虚拟级联协议的部分包括用于动态缩放SONET/SDH信号中的可用带宽的方法。这些方法称作链路容量调节方案或LCAS。LCAS是强大的网络管理工具，因为客户的带宽要求随时间变化。一个简单实例是在营业时间仅需要足够带宽来支持电子邮件和万维网接入的网络用户。然而，在非工作时间，同一个网络用户例如可能希望进行从一个位置到另一个位置的较大数据传递以便备份日常事务处理。通常希望根据需要改变该用户的可用带宽。LCAS提供在没有干扰链路上的其它业务的情况下进行这种操作的方式。LCAS已经由ITU核准作为G.7042标准，通过引用将其完整地结合于此。
LCAS创建发射机与接收机(分别为信源和信宿)之间的双向通信方案，它允许VCG的大小被“在空中”修改，在理论上没有数据的中断。信源通过带内通信信道向信宿发送要添加或删除组成员的消息，然后再发送同步消息，使得信宿准确地知道变更生效的时间。当存在差异延迟时删除组成员对于保持数据完整性会引起一些特殊问题。
用于从考虑到VCAT和LCAS的SONET/SDH中恢复分组化(例如以太网)数据的典型系统10如先有技术的图1所示。这是SONET/SDH链路的接收(或信宿)部分。前端块12执行众所周知的解扰、成帧、指针跟踪和对准的SONET/SDH功能。VCAT和LCAS块14提取SONET/SDH开销字节之一(高阶中H4，低阶中K4)中嵌入的VCG差异延迟信息以及VCG配置信息。然后，这个VCG信息与净荷一起被传递给偏斜消除控制块16。偏斜消除控制块16执行两个功能。第一，它根据H4/K4帧计数器来计算各支路遇到的差异延迟量。然后，它根据其差异延迟以不同的时间量在偏斜消除FIFO 18中存储各支路。经受短网络延迟的支路必须存储更长时间，以便补偿遇到长网络延迟的那些支路。去映射器块20读取偏斜消除FIFO 18。由于对于可变时间量在偏斜消除FIFO 18中存储组成员，因此，当它们被读出时，其原始相位关系将被恢复。去映射器块20首先可能需要对组成员重新排序。然后，它可对来自各组净荷的原始分组数据进行去映射。去映射器块20的输出是送往以太网客户机的分组数据。基于分组的弹性存储缓冲器(分组FIFO)22通常设置在去映射器块20与客户机接口24之间。这个分组FIFO 22用于在输出客户机接口24被阻塞期间保存分组数据，可用来平滑从偏斜消除FIFO 18的突发读取，以及还可用来避免在分组传递期间耗尽客户机数据。
流量控制在图1所示系统中的若干点是可行的(但不一定是推荐的)。例如，如果本地客户机暂时无法接收数据，则它可能暂时关闭客户机接口24的输出。这将使更多的数据存储在分组FIFO 22中。如果分组FIFO 22变满，则关闭去映射过程20直到更多空间在FIFO 22中变为可用，在理论上是可行的。这将具有使数据在偏斜消除FIFO 18中建立的作用。虽然这可能看起来好像充分利用可用存储空间，但它具有创建线头阻塞的缺点。由于偏斜消除FIFO 18存储SONET/SDH数据而不了解分组边界，因此，单个客户机接口端口上的反压力将停止整个偏斜消除FIFO输出，从而停止所有客户机接口端口的数据，其中包括未被阻塞的那些数据。
但是，大家会理解，如果去映射过程被停止，并且允许数据在偏斜消除FIFO 18中建立，则下一个逻辑步骤是关闭其输入上的数据。这无疑是不可行的，因为对偏斜消除FIFO 18的输入是到达的SONET净荷，它不能被停止或减缓，并且没有机制用于对SONET网络应用流量控制。因此，分组FIFO 22在存在时可有效地用来防止因客户机接口24的输出上的暂时阻塞引起的数据丢失，但是来自分组FIFO 22的反压力不应当用来停止去映射过程20。由于不能对到达的SONET数据进行流量控制，因此全分组FIFO 22必定引起数据丢失。设计完善的系统应当尝试使这种状况最小。
关于接收系统中的流量控制的以上描述假定数据以恒定速率通过系统。因此，对流量控制的唯一需要来自客户机接口24的输出上的速率限制。当实现VCG和LCAS时，引入其它流量控制问题。例如，给定大小没有改变并且由三个成员组成的静态预配置VCG，有可能前两个成员以极小的网络延迟到达而第三个成员则具有大量网络延迟。在这个实例中，前两个成员之间的差异延迟为零，但那些成员与第三成员之间的差异延迟为T。(实际上，T可能大到256毫秒但仍然得到补偿。)为了补偿差异延迟，当VCG被去映射时，在等待最低程度被存储的第三成员的同时，VCG的前两个成员需要存储在偏斜消除FIFO18中T秒钟。在这些静态条件下，偏斜消除FIFO 18的操作使得长期平均输入和输出速率完全相同。瞬时速率可能改变；偏斜消除FIFO 18的输入以及输出可能分别以高速突发之后跟随长间隙的形式被存储及检索。但是，平均起来，输入速率正好是SONET到达速率。在输出侧，数据仅在可用时才从偏斜消除FIFO 18中读取。通过这样一种配置，偏斜消除FIFO 18的输出速率根据输入(到达)速率来定速度。但是，如果VCG的第三成员通过LCAS命令被删除，则前两个成员具有存储在偏斜消除FIFO 18中、这时可采取去映射过程可支持的最大速率读取的相当于T秒的数据。那个速率可能大于客户机接口24的输出速率，因此分组FIFO 22开始填充。来自若干组成员的相当于T秒的数据的快速到达可能使分组FIFO溢出，从而产生不必要的数据丢失。
有几种方法避免分组FIFO溢出，但是它们都有缺点。一种解决方案是始终采用输入来确定输出的速度，而不管偏斜消除FIFO 18中的数据可用性。通过以上提供的实例中的这种系统，在最慢的成员从VCG删除之后，数据继续以相同速率从偏斜消除FIFO 18被读出，以及相当于T秒的数据无限期地保留在偏斜消除FIFO 18中。这产生只能通过偏斜消除FIFO 18添加而不能删除延迟的系统。偏斜消除FIFO18最终可能被填充达到其容量。操作可无错地继续进行，但是通过偏斜消除FIFO的延迟是不必要的。
另一种解决方案也采用输入来确定输出的速度，但是当足够的数据在偏斜消除FIFO 18中可用时，执行额外的读取。这有时以类似于SONET指针移动的方式来进行，从而以缓慢速率从偏斜消除FIFO 18中“渗漏”额外数据。这种解决方案不保证分组FIFO 22在“渗漏”时间可能与阻塞客户机接口一致时不会溢出。响应时间通常也是缓慢的，因此，在已经删除VCG的缓慢成员之后很久遇到通过偏斜消除FIFO 18的额外延迟。
又一种解决方案是使分组FIFO 22的大小确定为大到足以处理来自偏斜消除FIFO 18的所有可能的数据。虽然这种解决方案不会不必要地丢失任何数据，但它是昂贵的，因为对于分组FIFO 22的存储要求通常远远小于对于偏斜消除FIFO 18的要求。这种解决方案还具有在偏斜消除FIFO 18为空时暂时添加通过分组FIFO 22的不希望延迟的作用。
最佳的解决方案实现分组FIFO 22与偏斜消除FIFO 18之间的Xon/Xoff流量控制的形式。在这些系统中，分组FIFO 22中的深度测量用来接通和断开偏斜消除FIFO 18的输出。然而，断开偏斜消除FIFO18引起以上所述的线头阻塞，因此，偏斜消除FIFO 18中的深度测量有时用来重新接通流量。这些系统的控制机制极为复杂，特别是在处理多个客户机端口时。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供用于在接收VCG时防止或尽量减少数据丢失的方法及装置。
本发明还有一个目的是提供用于在从VCG中删除成员时防止或尽量减少数据丢失的方法及装置。
本发明的另一个目的是以避免先有技术的缺点的方式来提供这类方法及装置。
根据下面将详细论述的这些目的，本发明的方法利用分组FIFO与偏斜消除FIFO之间的基于速率的流量控制，以及只有两种速率用于读取偏斜消除FIFO最大速率和输入限制速率。最大速率是去映射器的最大速率，以及最小速率是SONET/SDH到达速率。分组FIFO的深度测量用来确定当FIFO接近全满时达到的上门限。每当分组FIFO深度低于上门限时，允许去映射过程以最大速率运行。一旦达到上门限，则偏斜消除FIFO继续工作，但是输出速率被限制为输入速率。当达到上门限时，可接受的是，让短输出突发比输入速率更快地出现，但是平均输出速率必须不高于输入速率。如果允许高速输出突发，则希望把分组FIFO的上门限设置为比全满低至少一个突发。有效实现也应当使突发大小保持很小。虽然这种方法的硬件实现可能不同，但是该方法充分简单，它可采用来自分组FIFO的充满度信息以及来自网络输入的定时信息完全在去映射器块中实施。在实现本发明的方法时，如果客户机接口输出被阻塞，则分组FIFO将继续填充并且最终将溢出，但是这是可接受的数据丢失，没有涉及SONET/SDH、VCG或LCAS处理。没有反压力曾经施加到偏斜消除FIFO，因此完全消除线头阻塞。整个分组FIFO被完全利用，一旦它全满，如果它的输出仍然被阻塞，则适当的响应是丢弃分组而不停止去映射过程。
通过参考结合所提供附图进行的详细说明，本领域的技术人员将会十分清楚本发明的其它目的和优点。
图1是用于从SONET/SDH流恢复分组化数据的一般先有技术配置的简化示意图；图2是与图1相似的视图，说明本发明的方法的一般硬件实现；以及图3是更详细的示意图，说明本发明的当前优选实施例。
具体实施例方式
现在参照图2，说明根据本发明、用于从考虑到VCAT和LCAS的SONET/SDH中恢复分组化(例如以太网)数据的系统110。装置110在一些方面与以上所述的装置10相似，以及相似的参考标号(以100增加)表示相似的功能块。前端块112执行众所周知的解扰、成帧、指针跟踪和对准的SONET/SDH功能。VCAT和LCAS块114提取SONET/SDH开销字节之一(高阶中H4，低阶中K4)中嵌入的VCG差异延迟信息以及VCG配置信息。然后，这个VCG信息与净荷一起被传递给偏斜消除控制块116。偏斜消除控制块116执行两个功能。第一，它根据H4/K4帧计数器来计算各支路遇到的差异延迟量。然后，它根据其差异延迟以不同的时间量在偏斜消除FIFO 118中存储各支路。经受短网络延迟的支路必须存储更长时间，以便补偿经受长网络延迟的那些支路。去映射器块120读取偏斜消除FIFO 118。由于以可变量在偏斜消除FIFO 118中存储组成员，因此，当它们被读出时，其原始相位关系将被恢复。去映射器块120可能需要对组成员重新排序，然后可对来自各组净荷的原始分组数据进行去映射。去映射器块120的输出是送往以太网客户机的分组数据。基于分组的弹性存储缓冲器122通常设置在去映射器块120与客户机接口124之间。这个分组FIFO 122用于在输出客户机接口124被阻塞期间保存分组数据，可用来平滑从偏斜消除FIFO 118的突发读取，以及还可用来避免在分组传递期间耗尽客户机数据。
根据本发明的方法，去映射器120的工作速率由速率调节块128来调节。速率调节块接收来自测量分组FIFO 122中的数据深度的充满度测量块126的充满度量度以及来自SONET/SDH前端112的定时信号130。当缓冲器122的充满度低于所选门限(根据缓冲器大小和SONET/SDH信号的特性)时，去映射器120设置为以高于SONET/SDH信号输入速率的速率运行。当充满度达到门限时，去映射器速率被减缓到实质上与SONET/SDH信号输入速率相同。
图3是本发明的当前优选实现的更详细示意图。在图3中看到，本发明在偏斜消除FIFO 218、去映射器220和分组FIFO 222中实现。偏斜消除FIFO 218包括解复用和控制电路218a，它为各支路馈送分开的弹性存储218b。去映射器220包括节奏电路220a，它接收来自解复用和控制块218a的写信号WR以及来自偏斜消除FIFO 218的充满度量度“可用”。“可用”信号向去映射器220表明数据可用于去映射，以及去映射器220采用这个信号使重排序和复用块220b能够经由队列220c输出分组。去映射器220的输出馈送分组FIFO 222中的弹性存储222a。各弹性存储成员222a的深度测量结果被馈送到比较器222b，它比较深度测量结果与所编程的门限222c。比较器222b向节奏电路220a提供各弹性存储222a的“接近全满”信号。
在正常工作期间，去映射器220每当“可用”信号被断言时从偏斜消除FIFO 218中读取数据。这允许去映射器以其最快速度工作。在分组FIFO 222中发生拥塞时，“接近全满”信号被断言。这使节奏电路220a仅当WR信号被断言时才操作去映射器，即以数据被写入偏斜消除FIFO 218的相同速度、SONET/SDH输入速度进行。这确保没有分组因SONET/SDH信号处理而在分组FIFO中丢失。但是，大家会理解，客户机接口224可能拒绝分组，并且使分组FIFO溢出以及丢失分组。这是有时分组被丢失并且必须重传的以太网协议的真正性质。
本文已经对用于从SONET/SDH信号中提取分组化数据的方法及装置的几个实施例进行了描述和说明。虽然已经对本发明的具体实施例进行了说明，但并不意味着本发明限制于此，相反，本发明的范围涵盖本领域允许且说明书同样可解释的范围。因此，虽然本发明的某些块描述为硬件块，但是可以理解，本发明的各个部分可通过硬件、软件、固件或者这三者的任何组合来实现。另外，虽然本发明描述为利用FIFO，但是可以理解，这类FIFO可按照多种方式的任一种来实现，并且也可利用其它存储元件、如RAM。因此，本领域的技术人员会理解，还可以对所提供的发明进行其它修改，而没有背离其要求保护的实质和范围。
权利要求
1.一种用于从SONET/SDH信号中提取分组化数据的方法，所述方法包括a)处理所述SONET/SDH信号以提供偏斜消除的数据流；b)对所述数据流去映射以产生分组流；c)在分组缓冲器中存储所述分组；以及d)监测所述分组缓冲器的充满度，其中所述去映射在所述缓冲器的充满度低于充满度门限时以第一速率来执行，以及所述去映射在所述缓冲器的充满度处于或高于充满度门限时以第二速率来执行。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于第一速率高于所述SONET/SDH信号的输入速率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于第二速率实质上等于所述SONET/SDH信号的输入速率。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于第一速率实质上是用于执行去映射的装置的最大速率。
5.一种用于从SONET/SDH信号中提取分组化数据的装置，所述装置包括a)SONET/SDH信号处理部件，用于处理所述SONET/SDH信号以提供偏斜消除的数据流；b)去映射器，耦合到所述SONET/SDH信号处理部件，用于对所述数据流去映射以产生分组流；c)分组缓冲器，耦合到所述去映射器，用于暂时存储所述分组；以及d)充满度监测器，耦合到所述分组缓冲器和所述去映射器，用于监测所述分组缓冲器的充满度以及调节所述去映射器的速率，其中所述去映射器在所述缓冲器的充满度低于充满度门限时以第一速率工作，以及所述去映射器在所述缓冲器的充满度处于或高于充满度门限时以第二速率工作。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于第一速率高于所述SONET/SDH信号的输入速率。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于第二速率实质上等于所述SONET/SDH信号的输入速率。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于第一速率实质上是所述去映射器的最大速率。
全文摘要
用于从SONET/SDH信号中提取分组化数据的方法包括处理信号以产生偏斜消除的数据流，对数据流去映射以产生分组流，以及在分组缓冲器中暂时存储分组，其中，去映射在缓冲器的充满度低于充满度门限时以第一速率来执行，去映射在缓冲器的充满度处于或高于充满度门限时以第二速率来执行。还公开了用于执行这些方法的装置。
文档编号H04L12/56GK1947385SQ200580008602
公开日2007年4月11日 申请日期2005年1月18日 优先权日2004年1月20日
发明者R·W·汉林, S·伯恩 申请人:美商传威股份有限公司