专利名称：模块化结构的atm-通信系统的制作方法
模块化结构的ATM-通信系统，用于在专用和公共通信网中，连接以高的传送速率进行通信的终端设备。消息的传送和交换按异步转移模式进行，在这种模式中，根据CCITT-标准I.361以数据包的形式，即以固定长度的数据包(信元)传送或交换要传送的信息。目前，国际上标准化的传输比特率是155和622Mbit/s。借助在信元的信头中插入的信道和路径信息，信元被由一通信终端设备经一通信系统到某一确定的通信终端设备的虚传输信道进行传输。传输信道由一用户信令建立—如像已知的时分复用通信系统那样—或者也可通过向通信系统输入管理数据建立并在通信连接期间合乎逻辑地得以保持。该种类型的传输信道的带宽是灵活的并且在建立连接时可得以应用。ATM-通信系统的这些基本功能在文献“用于未来宽带通信网的ATM技术”(“ATMTechnologie fürzukünftige Breitbandnetze”)中已作介绍，Siemens杂志，1992。
具有该类功能的ATM-通信系统的一种结构，在文献“用ATM进行比特速率变化的通信” (“Mit ATM zur bitvariablenkommunikation”)中已作介绍，见Telcom report 13，1990，4-7页。在该结构中ATM-通信系统或ATM-交换装置是由一具有用户线模块的线路中继组件、-ATM一交换矩阵和一中央控制器组成，其中，中央控制为传送交换的、运行的和可靠的技术信息直接与用户线模块连接。在此设计方案中该通信系统配置结构的变动是与大量硬件和软件的变动联系在一起的。
本发明的基本任务在于，实现一种具有更加模块化和较灵活配置的ATM-通信系统结构。该任务用权利要求1的特征得以解决。
本发明通信系统的基本点在于，将该系统分成两个装置，即一交换装置和一控制装置，而且控制装置就像ATM-通信终端设备一样与交换装置连接。在交换装置中，虽然信元是借助ATM-交换矩阵进行交换的，但交换的技术控制却按控制装置中编制的交换程序执行。为进行信息传送交换装置装配一通信模块和控制装置装配一通信适配器。为此在通信模块和控制装置中，按传送交换的、可靠的和管理的技术信息的意义定义一传输接口，以及定义一交换接口、可靠的接口和一运行的技术接口。用此定义可使软件和硬件基本分开，并且从而显著提高ATM-通信系统尤其较小的ATM-通信系统的模块化程度和结构配置的自由度。控制装置用一商业上通用的个人计算机实施是合宜的，从电路技术上在其中只需安装一适配器装置。在个人计算机的程序存储器中，存储了控制交换装置的交换、运行和可靠技术控制的所有主要程序。用控制装置安装在个人计算机中的这一方案，一方面可实现特别廉价的制造另一方面可放弃一分立的操作终端。
通信模块上装配一总线系统是适宜的，在该系统上连接一具有指定RAM存储器的信头模块，在该模块中，为了用交换矩阵自动控制含有交换的、运行的和可靠的技术信息的信元，组成预先设定的内部信头并且附加在信元上，以及在该系统上连接另一具有分配的RAM存储器的信头模块，在该模块中，在向控制装置传送含有交换的、运行的和可靠的技术信息的信元之前，将内部信头移去。此外，在该总线系统上按照在信元中包装要传送的信息和由传送到的信元开包取出信息的要求连接一打包和拆包的模块和一控制和监视通信模块的微处理器系统以及一时钟脉冲发生模块，在该模块中从时钟模块传送的参考时钟信号中导出向ATM-交换矩阵，模块和控制装置传输的传送时钟，并且向通信模块的各部件进行分配—见权利要求2。用此有利的方案还有可能通过采用商业上通用的和用户可自行编程的集成电路实现廉价制造。
按照本发明通信系统另一有利的结构，通信适配器由一实现ATM-用户连接口的线路模块和一实现EISA-总线连接的EISA-控制模块组成，其中EISA-通信总线安装在个人计算机内。用此方案可在廉价的实施费用情况下实现高的数据吞吐量。
下面借助四个方框电路图进一步阐述本发明通信系统。这些附图是
图1表示一模块化结构的ATM-通信系统结构，图2表示通信模块结构，图3表示通信适配器结构，和图4用户线模块结构。
图1示出一通信系统KS，该系统由一交换装置SB和一控制装置CB组成。
在交换装置SB中安装一按异步转移模式工作的ATM-交换矩阵模块ASN、多个用户线模块SLMP、一通信模块KM和一时钟模块TM。
ATM-交换矩阵模块ASN上例如安装16个具有传输速率各为175.805Mbit/s的双向端口A。为交换按异步转移模式组成的信元，这些信元根据一起传送的交换技术信息按自动交换原理经ATM-交换矩阵模块ASN连接。这意味着，借助一起传送的交换技术信息—例如在位于信元起始端的、附加的信头中的信息—一信元可经交换矩阵模块ASN独立进行交换。物理上通过“差分移位的ECL(射极耦合逻辑)—信号，NRZ(不归零)编码”传输这些信息到由处理器控制的ATM-交换矩阵模块ASN的16个终端连接A的每个上。ATM-交换矩阵模块ASN，例如可根据在EPO 329 005 B1中公开的交换矩阵实现。
在16个终端连接A的每个可以连接一用户线模块SLMP或一通信模块KM，其中在一交换装置SB中设置一通信模块KM。在图1中为最多15个可连接的用户线模块SLMP作为示例，仅示出两个。
为了ATM-交换矩阵模块ASN、用户线模块SLMP和通信模块KM的运行，在时钟模块中产生所需要的时钟信号ts，并经几个独立的时钟线TL，传输给交换装置SB的各部件。尤其这些时钟信号ts是为交换装置SB的SLMP、ASN、KM部件中插入的微处理器和为了传输经交换装置接口的信息而设置的。
为了连接按异步转移模式工作的通信终端设备KE，用户线模块SLMP装有一传输速率为155Mbit/s的SDH(同步数字体系)-接口SDH。经SDH-接口SDH接口的数据或信息传送，按照CCITT建议I.121(用户网络接口UNI)，以传输速率为155.52Mbit/s的同步转移模式(STM-1)进行。用户线模块SLMP的结构和工作原理在图3中有进一步说明。
用一个在通信终端设备KE和用户线模块SLMP之间加入的用虚线表示的矩形框示出若干传输模块UM，借助这些模块，把远距离的通信终端设备KE与交换装置SB连接在一起。传输模块UM含有若干传输装置—未示出—根据CCITT建议G.703，面向信元的信息的电信号传输使用同轴电缆，或根据CCITT建议G.957/958，面向信元的信息的光信号传输使用光波导。
这种与交换装置SB连接的宽带通信终端设备可以用很多装置来实现。例如与其它ATM-通信系统KS连接的端口、与局域网连接的适配器、ISDN交换装置—例如与HICOM交换系统连接—和ATM工作站。
借助通信模块KM控制由控制装置CB发出的或向控制装置CB传送的信元。为此，在通信模块KM中，实现一根据ISO分层模型的层2功能和一在交换装置SB内设置的、用于交换信元的层3功能。此外，通信模块KM还包含有交换子功能，借助该功能，由控制装置CB或向控制装置传送交换的、管理的和运行的信息被转换成符合交换装置的信息，就是说参照交换装置SB的物理结构。
为了交换装置SB与控制装置CB的通信，控制装置装有一通信适配器CA。该适配器CA安装于一实现控制装置CB的个人计算机PC中，该计算机采用商业上通用的个人计算机PC实现，众所周知，它具有一屏幕显示装置BE，一输入装置EE，海量存储装置HD-例如硬盘—和一微处理器系统MPS。此外，在个人计算机PC内，还集成了一实现EISA总线BEI的适配模块EISA，其中通信适配器CA与EISA总线BEI连接。个人计算机PC的部件BE、EE、MPS、HD、EISA经内部本地总线LB进行通信。EISA总线涉及的是一种与内部本地总线LB分开的总线，具有比特宽为32比特和转送速率为33Mbyte/s。
图2示出通信模块KM的方框电路图。在该模块中安装一微处理器系统MPS的总线系统LB。微处理器系统MPS由一商业上通用的微处理器CPU-例如西门子公司生产的微处理器SAB 80386DX-以及一工作存储器RAM和一程序存储器FLA组成。该程序存储器FLA优先用一快速存储器实现。微处理器系统MPS的CPU、RAM、FLA部件各与由地址线、数据线和控制线组成的总线系统连接。
为了向或从ATM一交换矩阵模块的终端连接A发送或接收信元Z，在通信模块KM中设置两个各与总线系统LB连接的信头模块HTCE、RPCE。借助第一信头模块HTCE，依据经ATM-交换矩阵模块ASN进行自动控制交换的要求，给要传送的信元Z加上内部组成的信头。借助这些内部信头，如图1所述，这些信元受ATM-交换矩阵模块ASN控制。借助第二信头模块RPCE，把由ATM-交换矩阵模块ASN传送的信元Z的内部信头移去。由位于交换装置SB内部的接收器接收的信元，在内部信头中含有另一些专用的数据，借助这些数据，依据向交换装置SB的一部件传送的要求组成另一内部信头，加在相应的信元Z上并经ATM-交换矩阵模块ASN向有关的部件传送。为了在实时条件下产生或移去内部信头，这里所需要的附加数据被存储在分配给信头模块HTCE、RPCE的RAM存储器HRAM、RRAM中。这两个信头模块HTCE、RRCE，例如可各在一块ASIC(专用集成电路)中实现。
此外，在总线系统上连接一分段和去分段模块SARE。借助该分段和去分段模块SARE，根据CCITT建议I.363，由微处理器系统MPS所组成的信息被包装在信元Z内或把由交换装置SB中或控制装置CB中的另一模块所传送的信元Z拆包，即从信元Z中取出信息，并将其传送给微处理器系统MPS。如果根据在微处理器MPS系统中或通过微处理器系统MPS对信息作出评估或作出反应而言，向该系统传送或由该系统向其它模块传输信息，那么该分组或解除分组功能就是必需的。
借助微处理器系统MPS、对由控制装置CP或由SLMP、ASN、TM部件所传送的交换的、运行的或可靠性的信息作出评价，并依据所传送信息的内容作出相应的反应或者继续传输。
在通信模块KM中设置另一时钟模块TMK和一电源SV。借助该时钟模块TMK，从由时钟模块TM发送的参考时钟信号rts，导出时钟控制两个信头模块HTCE、RPCE和分段与去分段模块SARE所需时钟信号ts，并向它们发送。通信模块KM的部件运行所需电压us，由中央电源UZ经电源SV变换得到。
图3示出通信适配器CA用虚线包围的方框电路图。借助一在通信适配器CA中安装的EISA-控制模块ECON建立与个人计算机内部EISA-通信总线EISA的连接。由数据线、地址线和控制线组成的EISA-通信总线EISA具有32比特的比特宽度，8.33MHz时钟频率和33Mbit/s转送速率。EISA-控制模块ECON建立与第一本地总线LB1的连接部件。这个同样由数据线、控制线和地址线组成的第一本地总线LB1具有16比特的比特宽度和20MHz的时钟频率。为在EISA-通信总线EISA和第一本地总线LB1之间实现速率匹配，在其间额外插入一动态存储器DSP。
在第一本地总线LB1与第二本地总线LB2之间，为动态数据交换设置一匹配单元AE。借助该匹配单元AE，使第一本地总线LB1要传送的数据与32比特宽的、具有20MHz时钟频率的第二本地总线相匹配，反之也是如此。不仅第一，而且第二本地总线LB1、LB2均由微处理器系统控制，例如用西门子公司生产的SAB 80 486微处理器系统实现。为了对微处理器系统MPS中安装的程序和数据存储器进行快速存取。在第一总线LB1上连接一DMA(直接存储器存取)一控制器DMA。例如DMA-控制器DMA是用西门子公司生产的SAB 82 380集成电路实现的。
为实现用户线接口SDH，在通信适配器CA中设置一分段和去分段模块SARE。借助该模块SARE把要传送的信息打包在信元Z内或从Z中取出。为了缓存由分段和去分段模块SARE要发送的或接收的信息或信元Z，在第二本地总线LB2上连接一缓冲器存储器BUF。在分段和去分段模块SARE上可以连接ATM-传输系统—未示出—电信号传输经同轴电缆或光信号传输经光波导—见图2说明。
通信适配器CA用于把个人计算机—例如Unix-工作站—与交换装置SB连接。通信适适配器CA，既可以用于连接一作为控制装置CB而装配的个人计算机PC或工作站，也可以用于连接多媒体-通信终端设备KE-例如多媒体-工作站—用于相互传输声频、视频和数据信号。
图4示出用户线模块SLMP的结构。为了向或由ATM-交换矩阵模块ASN的端接线A发送或接收信元Z，在用户线模块SLMP中设置两个与本地总线系统LB连接的信头模块HTCE，RPCE，也可见图2。借助第一信头模块HTCE，依据经ATM-交换矩阵模块ASN自动控制交换的要求，在要传送的信元Z上附加上ASN内部信头。ATM-交换矩阵模块ASN借助这些内部信头，如图1所述，控制信元Z。借助第二信头模块RPCE把内部信头从ATM-交换矩阵模块传送的信元Z中移去。要传送给用户线模块SLMP的信元Z，被开包并按评估的要求进行控制经本地总线LB传送给微处理器系统MPS。为了在实时条件下产生或移去内部信头，这里所需的附加数据存储在各从属于信头模块HTCE、RPCE的RAM-存储器HRAM、RRAM内。这两个信头模块HTCE、RPCE是，例如各在一ASIC中实现的。
微处理器系统MPS是由一微处理器CPU、一程序存储器ROM和一工作存储器RAM组成的。微处理器CPU，例如是用一西门子公司生产的微处理器SAB 80C 186和程序存储器ROM，例如是用一快速EPROM实现的。
信元Z经一匹配模块SOD由第一或向第二信头模块HTCE、RPCE传送。在匹配模块SOD中到达的信元Z，由一同步传输格式(STM-1)转换成一异步传输格式(ATM)。在此，信息已经是并行—例如4比特并行—传送或处理。此外，在该匹配模块SOD中把要传送的数据或信息进行扰乱或去除扰乱。进一步，匹配模块SOD与一编码模块CM连接，在该模块中，并行信号被转换成串行信息流或反之串行信息流被转换成并行信息流。另外还完成一编码转换。在此，到达SDH-用户接口SDH的NRZ(non return to zero不归零)-编码信号转换成CMI(coded mark irvertion，编码信号变换)-编码信号。为了译码或双向译码，在一与编码模块CM连接的时钟再生模块TR中进行时钟再生。为此，在时钟再生模块TR中设置若干附加滤波电路。用户接口SDH展示了一不对称接口，该接口具有一串联的、按同步转移方式工作的、155.52Mbit/s速率的数据传输。此外，匹配模块SOD与本地总线LB连接，经该总线匹配模块SOD受微处理器系统MPS监视和控制。本地总线LB还与一控制逻辑电路STL连接。借助该控制逻辑电路用户线模块SLMP被置于一确定的初始状态并且控制表示故障状态和运行状态的光学显示。
本地总线还与一接口模块IS连接，在该模块中，依据用户线模块SLMP的检测要求实现一个V.24-接口。
此外，在用户线模块SLMP中还安装了另一时钟模块TMS，借助该模块从时钟模块TM传送的参考时钟信号rts中导出用于时钟控制的两个信头模块HTCE、RPCE以及匹配模块SOD和时钟拍控制微处理器系统MPS所需的时钟信号ts并向它们传送。
在用户线模块SLMP中，借助在程序存储器ROM中存储的程序，管理所有通信模块KM接收的信息，使ATM-固定或拨号连接的建立或拆除用调整第一信头模块HTCE中一个转换存储器来控制，并使用户线模块SLMP的部件受到监视。此外，所有交换的、运行的和可靠性的技术信息，这些信息要传送给交换装置SB的部件或者由这些部件传送，依照第二层协议使可靠性得到保证，就是说通过HDLC-传输规程使安全性得到保证，并且经ATM-交换矩阵模块ASN向有关部件传送。为此需在有关信元Z上加上相应的内部信头。
权利要求
1.用于在ATM-通信终端设备(KE)之间，经若干拨号或固定连接，进行交换打包成信元(Z)的模块化ATM-通信系统，具有—至少一交换装置(SB)，该装置具有—-设置多个双向端接线(A)的、按异步转移模式工作的ATM-交换矩阵模块(ASN)，其端接线(A)与—-至少一个、实现至少一SDH-用户接口(A)的用户线模块(SLMP)和—-与一通信模块(KM)连接，以及—-具有一为ATM-交换矩阵模块(ASN)、用户线模块(SLMP)和通信模块(KM)提供时钟信号(ts)的时钟模块(TM)，和具有—-控制装置(CB)，该装置用—-实现对交换装置(SB)进行运行、交换和管理控制的个人计算机(PC)组成，在该计算机中—-设置一实现控制和监视一与交换装置(SB)交换信息的、与SDH-用户接口(A)之一和与个人计算机(PC)相连接的、处理器控制的通信适配器(CA)，—其中在通信模块(KM)中和在控制装置(CB)中，按传送交换的、可靠的、和管理的信息的意义，定义一传输接口以及一交换、可靠性的和一操作的接口。
2.根据权利要求1所述ATM-通信系统，其特征在于，通信模块(+KM)具有一总线系统(LB)，在该系统上—连接一具有指定RAM-存储器(HRAM)的第一信头模块(HTCE)，在该信头模块中，为了用ATM-交换矩阵模块(ASN)自动控制含有交换的、操作的和可靠的信息的信元(Z)，组成预先设定的、内部的信头，并附加在信元(Z)上，—连接一具有指定RAM-存储器(RRAM)的第二信头模块(RPCE)，在该模块中，在向控制装置(CB)传送含有交换的、操作的和安全的信息的信元(Z)之前，将内部信头移去，—连接一把要传送交换的、操作的或可靠的信息插入信元(Z)或将所述信息从所传送信元(Z)移去的分段和去分段模块(SARE)，—和连接有一控制和监视通信模块(KM)的微处理器系统(MPS)，—并装配另一时钟模块(TMK)，在该模块中，从时钟模块(TM)传送的参考时钟信号(rts)导出用于向ATM-交换矩阵ASN和控制装置(CB)传输的时钟信号(ts)并分配给通信模块(KM)的各部件。
3.根据权利要求1或2所述ATM-通信系统，其特征在于，通信适配器(CA)由—-实现-SDH-用户接口(SDH)的，具有一分配的缓冲器存储器(BUF)的分段和解分段模块(SARE)，—-装配有-DMA-控制器DMA和按数据分开的要求，装配有两个本地总线(LB1、LB2)的微处理器系统(MPS)和由—-实现-EISA-总线连接的EISA控制模块(ECON)组成，其中EISA-通信总线(EISA)安装在个人计算机(PC)内。
全文摘要
用于在ATM-通信终端设备(KE)之间，经若干拨号或固定连接，进行交换打包的信元(Z)的一模块化ATM-通信系统，具有一交换装置(SB)和一设置的控制装置(CB)。在交换装置(SB)中，安装-ATM-交换矩阵模块(ASN)，至少一用户线模块(SLMP)，一通信模块(KM)和一时钟模块(TM)，及控制装置(CB)由对交换装置(SB)进行操作、交换和管理控制的个人计算机(PC)所组成，在该计算机中，为了与交换装置(SB)进行信息交换设置一由处理器控制的通信适配器(CA)。用这种具有一交换装置(SB)和一独立的、在一个人计算机(PC)中的控制装置(CB)的方案可实现硬件和软件很大程度的分开和显著提高ATM-通信系统(KS)，尤其较小的ATM-通信系统的模块化程度和结构配置的自由度。
文档编号H04Q11/04GK1147330SQ95192844
公开日1997年4月9日 申请日期1995年3月15日 优先权日1994年3月16日
发明者S·哈曼, H·施兰姆, H·朗巴哈, H·莱什 申请人:西门子公司