专利名称：一种大容量多级交换网母板布线方法
技术领域：
本发明涉及一种大容量程控数字交换机的时分交换网技术，更确切地说是涉及一种大容量多级交换网母板布线方法，是一种大容量交换网模块母板的实现方法。
大中型交换网络，如SnTmSk,TnSmTm,Tn(n≥1,m≥1,k≥1)型交换网络，通常由多级接线器构成，目前国内外的大容量窄带数字程控交换机业务交换网的接线器主要有T型和S型两种基本形式。
多级交换网的优点是能以较少的交换资源实现较大容量的交换，但由于每一级交换都会引入交换时延，交换级数过多会造成交换时延过大，从而影响整个通信系统的性能，所以一般以三级交换较为常见。
早期的交换机，受器件规模的限制，如单芯片的交换能力一般小于等于512×512Ts(时隙)，因此网的实现密度较低，一个大容量交换网经常需占用一个甚至数个机架，交换网的物理实现方式一般采用模块组合方式，组网模块间一般采用配线互连，既复杂又难于维护。
随着大规模及高密度交换芯片的问世，如单芯片的交换能力一般可达4096×4096Ts(时隙)，从而大大提高了交换网的容量及密度，使一个大容量交换网可以在一个机架内甚至一两个机框内实现，而原来需用一框实现的功能只需用一块板来实现，交换网的物理实现方式也从模块组合转变成交换网板的拼接，使各交换模块通过配线连接的方式改变成在同一母板上各拼板间的连接方式。但当交换网采用拼板方式实现时，在交换网容量很大、实现密度很高的条件下，用于各拼板间互连的母板的设计就变得十分重要。
母板的布线与拼板结构有关，对于大容量交换网来说，为保证交换机的高可靠性，通常要求即使在有故障的情况下也不能间断工作，当检测到有拼板故障时就需要对其进行隔离并在线维修，因此，拼板一般采用主备用同时工作的方式，以保障发生故障时的不间断工作与在线维护。此外，要求能通过增减拼板的数量进行交换网容量的增、减，即实现网容量的可变配置，这就是板级的备份设计方法(是本发明技术方案所依据的设计方法)。
本申请人的另一项专利技术，将多级(m级)交换网的第一级与最后一级的边缘级交换模块划分在一种板上，称作边缘级交换模块拼板，而将第一级至最后一级间的各中间级交换模块划分在另一种板上，称作中间级交换模块拼板，边缘级交换模块拼板与中间级交换模块拼板之间通过母板连接，保持中间级交换模块拼板的数量不变，通过增、减边缘级交换模块拼板实现动态扩容。
图1给出一个典型的m级交换网的逻辑结构，是具有m级交换级的(m＞2)全交换时分交换网的逻辑结构。将第1、第m交换级作为边缘交换级，而将第1至第m交换级间的2…K…m-1交换级作为中间交换级，每一交换级包括若干个交换模块，如图中方框所示。上行话路总线(UHW)，用于输入即将进入交换网进行数据交换的信号，下行话路总线(DHW)用于输出交换完成后的交换数据信号，上行话路总线(UHW)与下行话路总线(DHW)的数量是可变的，从而决定了边缘交换级的大小。
图2给出一个最简单的拼板划分结构，是一种单一交换模块的拼板结构。以第1级边缘交换级和第2级中间交换级为例说明，第1级边缘交换级由1#至x#个交换模块构成，各划分在一块拼板上，第2级中间交换级由1#至y#个交换模块构成，也各划分在一块拼板上，第1级边缘交换级的1#至x#个交换模块(拼板)与第2级中间交换级的1#至y#个交换模块(拼板)通过母板连接。同理，第m级边缘交换级的各个交换模块(拼板)与第m-1级中间交换级的各个交换模块(拼板)也通过母板连接。图中所示分板结构的母板连接线应有x×y根。
由上述说明可以看出，交换网物理结构的实现是“拼板加母板”方式，母板在交换网的拼板式结构中的主要作用是完成交换级间的话路总线(HW)的连接。每一拼板上可包含一个或数个交换模块，主要完成某级交换，而母板则完成交换级间的话路总线(HW)连接，网容量的可变是通过增减拼板的数量来实现的。同时各拼板采用主、备用工作方式，以保证发生故障时的不间断运行及在线维护。
本发明的目的是设计一种大容量多级交换网母板布线方法，在大容量高密度条件下及在多级交换网采用拼板式结构的条件下，能利用本发明的布线方法，进行母板设计，以用于拼板间的互连，并能较好地解决多信号密集传输时的干扰问题以及实现连接线无交叉无过孔。
本发明的目的是这样实现的一种大容量多级交换网母板布线方法，其特征在于包括A．将第1交换级及最末交换级的交换模块分配在x块边缘级交换模块拼板上，将第1交换级至最末交换级间的交换模块分配在y块中间级交换模块拼板上，在x块边缘级交换模块拼板与y块中间级交换模块拼板间设立用于连接的母板；B．按板级备份方法，对x块边缘级交换模块拼板分别设置主拼板和备拼板，各主、备拼板间话路总线的入线与出线复接，对y块中间级交换模块拼板分别设置主拼板和备拼板，各主、备拼板间话路总线的入线与出线复接；C．先按x块边缘级交换模块拼板与y块中间级交换模块拼板间话路总线的信号连接方向进行分组，再在组内依据话路总线的连接关系对连接线进行布线分层，每一层上只分布一种连接关系，是由一边缘级交换模块拼板出线点S至对应的两组相邻的中间级交换模块拼板两出线点C1、C2间的各一组连线，包括由边缘级交换模块拼板的主拼板至对应中间级交换模块拼板的备拼板间的一组连线和由边缘级交换模块拼板的备拼板至对应相邻中间级交换模块拼板的主拼板间的一组连线；D．在每一组连线的周侧设置伴随地线。
所述的依据话路总线的信号连接方向进行分组，是以每块边缘级交换模块拼板或中间级交换模块拼板为参考点，再按左、右传输连接方向进行分组，向左传输连接为一组，向右传输连接为一组。
所述的依据话路总线的连接关系是依据组间话路总线的连接方向，包括从右至左的“/”斜方向和从左至右的“\”斜方向。
所述的x块边缘级交换模块拼板的主、备拼板与y块中间级交换模块拼板的主、备拼板分设在上、下框内，所述的母板横贯上、下框设置，主、备拼板成对且并列设置。
所述的由一边缘级交换模块拼板出线点S至对应的两组相邻的中间级交换模块拼板两出线点C1、C2间的各一组连线，包括S内主拼板连接C1内备拼板、S内备拼板连接C2内主拼板或S内备拼板连接C1内主拼板、S内主拼板连接C2内备拼板所形成的之字形连接。
所述的出线点是由至少三排连接器构成的接插件，接插件上的地呈“工”字型分布，两接插件“工”字型内同侧的话路总线互连，分别形成两个无交叉连线的话路总线走线区，走线区两侧设置有与两接插件连接的地线。
所述分层的层数至少为x/2向上取整后的数加上y/2向上取整后的和数。
所述的x等于或不等于y。
所述的主拼板与备拼板是在空间上呈左、右设置的两块拼板。
本发明的大容量多级交换网母板布线方法，是一种基于拼板方式的多级交换网母板布线方法，其独特的走线，较好地解决了多信号密集传输干扰问题及无过孔实现问题，由于规律性较强，按本发明方法走线出的母板在保证层数最优的同时还具有易于操作和检查的特点。
下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术。
图1是m级交换网逻辑结构示意2是m级交换网采用单一交换模块拼板时的分板结构示意3是图2所示m级交换网逻辑结构中第1、第2交换级间的连线示意4是图3所示连线在按连接方向分组时的“/”方向下的层分布结构示意5是图3所示连线在按连接方向分组时的“\”方向下的层分布结构示意6是拼板按传统连接方法连接时出现连线交叉的示意7是采用主备板结构解决图6所示连线交叉时的示意8是128KTs三级交换网逻辑结构示意9是图8所示交换网拼板划分结构及分板方式示意10是图9所示拼板划分结构及分板方式的框结构及板位置分布示意11是图10所示框结构的母板连接关系示意12是128KTs三级交换网的分层结构示意图，其中图12-1示出第一层至第四层，图12-2示出第五层至第八层。
图13是图12-1中第一层HW线组A的布线示意1、图2说明前已述及，不再赘述。
参见图3，图2所示m级交换网逻辑结构中，第1、第2交换级分别由x、y个交换模块(即x、y块拼板)构成，两交换级间的连线经抽象后如图3中所示，即第1级的x块拼板分别与第2级的y块拼板连接。母板布线就是实现这种连接。
根据图示，交换级间的连线是一个完全的二分图结构，总连线为xy根，该结构的特点是连线对称、交叉点多、连线只出现在相邻交换级的拼板问，同交换级或不相邻交换级的拼板间则没有连线。
根据该特点，母板的走线应考虑并解决以下三方面的问题1．由于母板上的话路总线HW多且交叉点也多，因交叉密集传输造成相互干扰，会产生大量误码，从而影响交换系统的稳定工作，因此母板布线应设法减少信号间的相互干扰。
本发明的方法，对信号按相位进行分组和对组间进行有效的隔离，一组话路总线HW的连接在同一层内完成，同时在布线过程中尽量减少和消除过孔(过孔会造成信号传输阻抗的不连续，引起信号过冲，且干扰附近的信号)。
2．由于母板的面积较大、层数较多，母板布线应考虑易于加工问题。
由于母板的物理尺寸在结构设计时已经完成，因此影响加工的两个主要因素是母板的层数及过孔数，较大板在加工过孔时的定位比较困难，因定位问题会导致产品的一次成品率下降，而大大增加了母板的加工难度，但减少过孔又意味着会有更多的层数，本发明的方法需要通过富有创意的布线方案达到既消除过孔又减少层数的目的。
3．在话路总线HW数目众多的情况下，应有一种简便的方法来保证布线的完备性及正确性。
本发明的方法是通过对传输话路总线HW的划分分组、分层、无过孔布线来实现该要求的。
综上所述，本发明的方法主要就是解决话路总线HW的划分连接和无过孔布线。
参见图4、图5，根据图3所示二分图的连接特点，本发明母板布线的主要依据是按信号连接方向进行分组，如“/”方向(如图4中所示)与“\”方向(如图5中所示)，组内话路总线HW可按连接关系分层，一层布线只完成一种方向的连线。
图4中给出的是“/”走向的布线。第1交换级共有1至x块拼板，第2交换级共有1至y块拼板，母板布线共设有X/2层。其中第1层完成的连接包括第1级拼板1至第2级拼板1的连接，第1级拼板2至第2级拼板1及拼板2的连接，第1级拼板3至第2级拼板2及拼板3的连接，……，第1级拼板x-1至第2级拼板y-2及拼板y-1的连接，第1级拼板x至第2级拼板y-1及拼板y的连接。其中第2层完成的连接包括第1级拼板3至第2级拼板1的连接，第1级拼板4至第2级拼板1及拼板2的连接，第1级拼板5至第2级拼板2及拼板3的连接，……，第1级拼板x至第2级拼板y-3及拼板y-2的连接。……直至第x/2-1层完成的连接包括第1级拼板x-2至第2级拼板1的连接，第1级拼板x-1至第2级拼板1及拼板2的连接，第1级拼板x至第2级拼板2及拼板3的连接，……。第x/2层完成的连接包括第1级拼板x至第2级拼板1的连接，……。
图5中给出的是“\”走向的布线。第1交换级共有1至x块拼板，第2交换级共有1至y块拼板，母板布线共设有y/2层。其中第1层完成的连接包括第1级拼板1至第2级拼板2及拼板3的连接，第1级拼板2至第2级拼板3及拼板4的连接，…，第1级拼板x-2至第2级拼板y-1及拼板y的连接，第1级拼板x-1至第2级拼板y的连接。……第y/2层完成的连接包括……第1级拼板x-4至第2级拼板y-1及拼板y的连接。
图4、图5中的每一根连接线都表示一条话路总线HW，所示的表示向上取整。通过图中所示的布线，本发明方法的特点是对任一拼板的出线点(图中阴影圈)来说，在一层内最多完成两条到达对板的连接，从各层的连线看，同级不同拼板间的连接不会交叉；任一层内只走同方向的连接线。
本发明的分层连接方式是完备的，该连接方法覆盖了所有的连接关系，不同拼板间的话路总线的连接没有交叉，因而可有效消除过孔，各交换级的话路总线间可加伴随地线进行隔离，再加上适当的电源和地层，就可满足交换网连接的要求。
图4、图5所示的是由一块拼板实现一个交换模块的情况，但当在一块拼板上实现有一个以上的交换模块时，相邻交换级间的话路总线的连接关系将更为复杂，但从交换模块间的连接看，也仍然是图3所示的二分图结构，只是每一条话路总线HW变成了一组话路总线HW，即改变了话路总线HW的出线定义。
参见图6，在图4、图5所示的层连接关系中，某一拼板A以连线1、连线2连接另两块拼板B、C时，由于实际上是通过接插件A’完成连接的，因而此时的连接仍会出现交叉，如图中所示连线1与连线2的线交叉。本发明是通过主、备拼板的连接关系来解决该问题的。
参见图7， 图中示出采用主、备拼板的结构方式来解决图6中的连线交叉问题。每块拼板采用主、备板方式，如图中所示A拼板、B拼板、C拼板均设有主拼板和备拼板，主、备拼板在空间上呈左、右位置设置由于主、备拼板间的话路总线HW是复接的，使主、备拼板间的连接可经灵活布线实现。通过采用主、备拼板分别连接的方式解决图6所示的出线交叉问题，如拼板A至拼板B及拼板A至拼板C的交叉连线1、连线2，改为采用不交叉的拼板A的主拼板与拼板B的备拼板间的连线1和拼板A的备拼板与拼板C的主拼板间的连线2。
以上所述是针对某一交换模块只实现某一级交换的情况，若发生由同一交换模块实现一级以上交换的情况时，在实现相邻级交换时，将会发生一部分连线在拼板内布线的情况，此时仍能满足图3所示的二分图结构的级间连线，连线组内有双向或多向连线组，仍可按图4、图5所示的方式走线。这是因为模块的划分与母板布线设计是一个整体，在设计时是同时考虑的。
参见图8，图中示出一个典型的容量为128KTs×128KTs的三级交换网的逻辑结构，通过对该交换网按本发明的方法布线，进一步说明本发明的方法对解决话路总线HW的划分特别是解决无过孔布线问题的贡献，可有效保证母板上密集数据传输的质量。
图中所示的128KTs大容量三级交换网，第1、3级分别由32个4K单T网(TNet)交换模块构成，分别标为0#至31#，上行话路总线UHW0至UHW511共512根，下行话路总线DHW0至DHW511共512根，第2级由16个8K单T网交换模块构成，分别标为0#至15#，级间话路总线HW的连接采用16M速率，级间的总连线为32×16×2=1024根。
参见图9，针对图8所示的128KTs大容量三级交换网，考虑到拼板允许实现的密度及动态扩容的需求，将第1、3级网的交换模块合在一种边缘级交换模块拼板内完成，称为SNU板，而将第2级网的交换模块合在另一种中间级交换模块拼板内完成，称为CNU板。一块SNU板上包含有4个第1级的4K单T网交换模块和4个第3级的4K单T网交换模块，满配置时，SNU板的总块数为16(主备拼板各8块)。一块CNU板包含有2个第2级的8K单T网交换模块，满配置时，CNU板的总块数为16(主备拼板各8块)。利用一块母板实现所有级间的连接，如图中所示的母板连线区，即在该母板上要布1024根话路总线HW，图9中示出了整个128KTs交换网的拼板划分结构及分板方式。
参见图10，整个交换网在两个机框即上框及下框内实现，图中示出框结构及框内拼板的位置分布。上框顺序分布中间级交换模块拼板，“CNU0主、CNU0备”至“CNU7主、CNU7备”；下框顺序分布边缘级交换模块拼板，“SNU0主、SNU0备”至“SNU7主、SNU7备”。其中“CNU0主”、“CNU0备”为第2级的一组主备用拼板，“SNU0主”、“SNU0备”为第1、第3级的一组主备用拼板，其余类推。
参见图11，图中示出母板的连接关系，母板横贯上、下两框。图中每个圆圈状阴影节点表示一组主、备SNU板、CNU板，分别标示为0#至7#，每条连线代表从第1级到第2级双向16根话路总线HW。全部连线分成两组，第1组8根连线传输第1级至第2级信号，第2组8根连线传输第2级至第3级信号。组内8根线的相位一致，所以无需特别隔离，组间信号用伴随地线隔离，并按照本发明的分层方法进行分布及连接。
参见图12，限于篇幅而由图12-1和图12-2组成，图中示出128KTs交换网的分层结构。共分8层，其中1至4层为“/”向连线，5至8层为“\”向连线，图中每一根连线代表16根双向话路总线HW。以第一层为例说明，“CNU0备”连接“SNU0主”，“CNU1主”连接“SNU0备”，“CNU1备”连接“SNU1主”，“CNU2主”连接“SNU1备”，……，“CNU7主”连接“SNU6备”，“CNU7备”连接“SNU7主”。
参见图13，图中示出图12中第一层连接“CNU1主”和“SNU0备”的一组话路总线HW的布线，如图12-1中的A组连接线的布线。实施时，若采用HM1型5排连接器作为拼板与母板间的接插件(通常只要求接插件具有3排或3排以上的连接器)，“CNU1主”(图中示为1#CNU主板)和“SNU0备”(图中示为0#SNU备板)间的一组话路总线HW的连接就是接插件131与接插件132间的连接。
图中用阴影圈代表节点，每一个节点代表一个HW出线信号。用网格状圆代表隔离伴随地线节点，接插件131与接插件132上的伴随地线节点呈“工”字状。接插件131一侧的8个节点1至8与接插件132同侧的8个节点1至8一一对应连接，形成第1级到第2级的HW走线区，走线区周侧则是隔离地线，使走线区形成隔离带。接插件131另一侧的8个节点9至16与接插件132同侧的8个节点9至16一一对应连接，形成第2级到第3级的HW走线区，该走线区周侧也是隔离地线，使走线区形成隔离带。由于每一走线区周侧都有专用伴随地线进行隔离，有效地保证了信号传输质量。实施时，如果还需要进行特殊的保护，可在一组8根HW线间再增加地线。由于布线的规律性强，因而有效降低了布线出错的概率，也大大方便了错误检查。由图中布线可以看出，实现图12中A组线连接没有交叉线，且完全在同一层内，但需在进行出线信号的分配时注意走线中信号的对应关系。
图12所示包括8层布线，每层、每条布线均可按图13所示方法实现，各主、备板间的连线可灵活掌握，再适当加上电源和地层进行层间隔离，整个交换网的话路总线HW的布线需用14至16层完成。本发明方法的分组、分层的布线方案较好地解决了话路总线传输的干扰问题，为交换网的稳定工作奠定了坚实的基础，同时由于没有过孔，使母板的加工难度大大下降。
由本发明方法所实现的如同二分图结构及连接关系的布线方案，具有布线规律性强、布线简单易行的优点，可较好地保证话路总线HW连接时的信号质量，为技术及工艺的实现提供了方便，本发明的方法可供借鉴到具有类似结构的布线连接实现中。
权利要求
1．一种大容量多级交换网母板布线方法，其特征在于包括A．将第1交换级及最末交换级的交换模块分配在x块边缘级交换模块拼板上，将第1交换级至最末交换级间的交换模块分配在y块中间级交换模块拼板上，在x块边缘级交换模块拼板与y块中间级交换模块拼板间设立用于连接的母板；B．按板级备份方法，对x块边缘级交换模块拼板分别设置主拼板和备拼板，各主、备拼板间话路总线的入线与出线复接，对y块中间级交换模块拼板分别设置主拼板和备拼板，各主、备拼板间话路总线的入线与出线复接；C．先按x块边缘级交换模块拼板与y块中间级交换模块拼板间话路总线的信号连接方向进行分组，再在组内依据话路总线的连接关系对连接线进行布线分层，每一层上只分布一种连接关系，是由一边缘级交换模块拼板出线点S至对应的两组相邻的中间级交换模块拼板两出线点C1、C2间的各一组连线，包括由边缘级交换模块拼板的主拼板至对应中间级交换模块拼板的备拼板间的一组连线和由边缘级交换模块拼板的备拼板至对应相邻中间级交换模块拼板的主拼板间的一组连线；D．在每一组连线的周侧设置伴随地线。
2．根据权利要求1所述的一种大容量多级交换网母板布线方法，其特征在于所述的依据话路总线的信号连接方向进行分组，是以每块边缘级交换模块拼板或中间级交换模块拼板为参考点，再按左、右传输连接方向进行分组，向左传输连接为一组，向右传输连接为一组。
3．根据权利要求1所述的一种大容量多级交换网母板布线方法，其特征在于所述的依据话路总线的连接关系是依据组间话路总线的连接方向，包括从右至左的“/”斜方向和从左至右的“\”斜方向。
4．根据权利要求1所述的一种大容量多级交换网母板布线方法，其特征在于所述的x块边缘级交换模块拼板的主、备拼板与y块中间级交换模块拼板的主、备拼板分设在上、下框内，所述的母板横贯上、下框设置，主、备拼板成对且并列设置。
5．根据权利要求1所述的一种大容量多级交换网母板布线方法，其特征在于所述的由一边缘级交换模块拼板出线点S至对应的两组相邻的中间级交换模块拼板两出线点C1、C2间的各一组连线，包括S内主拼板连接C1内备拼板、S内备拼板连接C2内主拼板或S内备拼板连接C1内主拼板、S内主拼板连接C2内备拼板所形成的之字形连接。
6．根据权利要求1所述的一种大容量多级交换网母板布线方法，其特征在于所述的出线点是由至少三排连接器构成的接插件，接插件上的地呈“工”字型分布，两接插件“工”字型内同侧的话路总线互连，分别形成两个无交叉连线的话路总线走线区，走线区两侧设置有与两接插件连接的地线。
7．根据权利要求1所述的一种大容量多级交换网母板布线方法，其特征在于所述分层的层数至少为x/2向上取整后的数加上y/2向上取整后的和数。
8．根据权利要求1所述的一种大容量多级交换网母板布线方法，其特征在于所述的x等于或不等于y。
9．根据权利要求1所述的一种大容量多级交换网母板布线方法，其特征在于所述的主拼板与备拼板是在空间上呈左、右设置的两块拼板。
全文摘要
本发明涉及一种大容量多级交换网母板布线方法,解决多信号密集传输时的干扰及连线无过孔、无交叉。包括:设置x块边缘级交换模块拼板和y块中间级交换模块拼板,在两种拼板间设立用于连接的母板;每一块拼板分别设置出、入线复接的主拼板和备拼板;先按两种拼板间话路总线的信号相位进行分组,再依据话路总线的连接方向进行母板分层布线,并通过主备拼板分别连接的方式解决使用拼板接插件后的连线交叉问题;和在每一组连线的周侧设置伴随地线。
文档编号H04L12/02GK1304239SQ99126248
公开日2001年7月18日 申请日期1999年12月21日 优先权日1999年12月21日
发明者钱湘江, 靳阳葆 申请人:华为技术有限公司