專利名稱：光幀格式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地說，本發(fā)明涉及遠程通信，更具體地說，涉及使用光纖的遠程通信。
背景技術(shù)：
交叉連接交換機(cross-connect switch)用于提供長線(long haul)和其他通信線之間的切換，以允許服務(wù)提供商通過它們的網(wǎng)絡(luò)容易地配置連接。傳統(tǒng)上，交叉連接交換機在電的領(lǐng)域操作，即使這交叉連接交換機是在處置光通信(如SONET)也是如此。
今天，通信技術(shù)提供了在光信道中傳送的更高數(shù)據(jù)速率。因此，正在逐漸形成新的光層(optical layer)來管理光信道。為了提供交叉連接能力以及可在其他網(wǎng)絡(luò)層上得到的其他特性，光交叉連接交換機正在開發(fā)之中。這些交叉連接交換機將在光的領(lǐng)域提供信號路由而無需轉(zhuǎn)換成電信號，從而提供信號時序透明性，并消除了要轉(zhuǎn)換成并處理高速電信號的費用。
所有交叉連接交換機的一個重要功能是檢驗信道上的數(shù)據(jù)流，以保證在交叉連接信號中沒有因端口間誤連接造成的錯誤。通常，在電的領(lǐng)域內(nèi)，由交叉連接交換機的源I/O端口向通信數(shù)據(jù)流的保留數(shù)據(jù)字段中添加少量字節(jié)，這些字節(jié)唯一地標識該源端口。在目的地I/O端口，這些標識字節(jié)被檢驗，以保證適當實現(xiàn)了通過交叉連接交換機的連接。
然而，一旦在光的領(lǐng)域，為向接收到的通信數(shù)據(jù)流添加數(shù)據(jù)，需要把光數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成電數(shù)據(jù)流以添加端口標識信息，還要進行第二次轉(zhuǎn)換以把電數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成光數(shù)據(jù)流。為添加標識位而把信號轉(zhuǎn)換成電格式，這是人們不希望的，因為要花費轉(zhuǎn)換電路的費用。
所以，需要一種廉價的方法來保證通過光矩陣的連接有效性而無需把通信數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成電數(shù)據(jù)流。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，一個光交叉連接交換機包含多個輸入/輸出端口用于在光纖上傳送包括一個或多個通信信道的數(shù)據(jù)流，一個光矩陣用于形成光通路以在源輸入/輸出端口和目的地輸出端口之間傳送數(shù)據(jù)，以及用于在數(shù)據(jù)流進行光矩陣之前把一控制信道調(diào)制到該數(shù)據(jù)流上的電路。該控制信道包括格式化成幀的數(shù)據(jù)，這里每幀包含n個成幀單元和一個或多個單元組，每組含有m個有效載荷單元和若干填充單元，這里m小于n，填充單元至少有一位位置不同于成幀單元。
本發(fā)明的成幀協(xié)議提供了一種方式，它把傳輸信道調(diào)制到通信信道上從而通過光矩陣傳輸控制信息。傳輸幀包括成幀字節(jié)和具有已知過渡的填充字節(jié)，從而保證在整個幀中提供用于恢復(fù)時鐘的位過渡。這樣，便能避免使用其他昂貴的技術(shù)，如擾碼技術(shù)(scrambling)。再有，用于檢測幀起始的成幀模式(pattern)可以是填充位和模式位的組合，這需要多個位錯誤才能虛假成幀。可以很快地成幀，通常在1毫秒以內(nèi)。


為了更徹底地理解本發(fā)明的特點及其優(yōu)點，可以參考下面結(jié)合附圖的說明，其中圖1是遠程通信系統(tǒng)框圖；圖2是交叉連接交換機框圖；圖3是帶有傳送控制信息所用電路的交叉連接交換機的部分框圖；圖4顯示用于在源I/O端口和目的地I/O端口之間傳送控制信息的傳輸幀的格式；以及圖5顯示為獲取一幀起始點所用的過程。
具體實施例方式
結(jié)合附圖1-5可最好地理解本發(fā)明，在各圖中的相似部件使用相似的數(shù)字表示。
圖1是通信網(wǎng)絡(luò)10的一部分的很簡化的方框圖。在這個圖中，交叉連接交換機(圖1中顯示為交叉連接或“OCX”12)連接各通信線13(在這一情況下為光纖)。
交叉連接交換機12提供了路由線的靈活性。當添加或去掉線13時，可重新安排線13之間的連接。再有，當在這些線之一上的通信被中斷或質(zhì)量惡化時，交叉連接交換機12提供在兩個或更多個冗余信道中進行選擇的能力。
圖2顯示使用光矩陣14的交叉連接交換機結(jié)構(gòu)。光矩陣14有多個輸入和多個輸出。最好是，該光矩陣14是非閉鎖的(non-blocking)，即光矩陣14有能力把該矩陣的任何輸入端連接到該矩陣的任何輸出端，而不管當前的交叉連接配置如何。該矩陣的輸入端和輸出端連接到多個I/O架上，每個架提供多個輸入/輸出端口供連接來自網(wǎng)絡(luò)10的線13。
在操作中，包括端口標識信息以及其它信息的控制信息被調(diào)制到與來自網(wǎng)絡(luò)的光數(shù)據(jù)流所用波長不同的波長上，并在架16中的每個源I/O端口與來自網(wǎng)絡(luò)的光數(shù)據(jù)流進行光多路組合(multiplex)。該控制信息被格式化成“傳輸幀”，在下文中將更詳細描述。傳輸幀由目的地I/O端口恢復(fù)，以證實通過光矩陣14的路徑的正確性。傳輸幀能從目的地I/O端口輸出中濾掉，因為它們被調(diào)制在不同的波長上。
圖3顯示光交叉連接12的更詳細圖示。源I/O端口20接收載有一個或多個通信信道的光纖13。光矩陣14把來自這一光纖的通信數(shù)據(jù)傳送到所希望的目的地I/O端口22。格式化成傳輸幀24的控制信息(將結(jié)合圖4更詳細地描述)被調(diào)制到預(yù)先確定的波長上并使用光多路組合器26在源端口20處與光數(shù)據(jù)流信號進行多路組合。傳輸幀被調(diào)制在不同于通信信道的頻率上。傳輸幀包括標識源I/O端口20的信息以及任何其他所希望的信息。通信數(shù)據(jù)和控制信息經(jīng)由光矩陣14傳送到目的地I/O端口22。目的地I/O端口22包括檢測電路28和光多路分離器(optical demultiplexer)30。光多路分離器30解調(diào)出傳輸幀信息并把它翻譯成電信號。檢測電路28根據(jù)解調(diào)出的傳輸幀中的信息確認該信息來自正確的源I/O端口。
在操作中，傳輸幀24包括三類不同的信息。第一類信息是成幀信息。這一信息標識該幀的起始。第二類信息是“填充”信息。填充信息保證有足夠的位過渡(bit transition)以防止時鐘恢復(fù)電路失掉它們對數(shù)據(jù)的鎖定。第三類信息是有效載荷信息，它包括任何類型的信息，如源I/O端口標識，它是希望從源I/O端口傳送到目的地I/O端口的信息。
在最佳實施例中，成幀信息和填充信息被設(shè)計成提供快速和不混淆的成幀，并且有位錯誤的容錯性。特別是希望成幀和填充信息中的位錯誤不會造成虛假成幀。再有，如果發(fā)生虛假成幀，則希望盡快地實現(xiàn)準確成幀。
假定在光纖13上被調(diào)制的傳輸信道的位速率是2Mbps(每秒兆位)。對于圖4所示33字節(jié)幀，則造成每幀132微秒長。這一信號能以1310nm激光調(diào)制，它比較便宜。在該最佳實施例中，傳輸幀24被不帶擾碼地傳輸，擾碼(scrambling)會需要額外的昂貴電路。
圖4顯示33字節(jié)傳輸幀。該幀被組織成有3個成幀字節(jié)以開始該幀，后跟由3個字節(jié)(2個有效載荷字節(jié)后跟1個填充字節(jié))組成一組的若干組。每個成幀字節(jié)設(shè)為“01010101”，而每個填充字節(jié)設(shè)為“00110011”。最后一個有效載荷是4位的BIP-4(或其他)糾錯位，后跟一個預(yù)先確定的位模式(bit pattern，在這種情況中為“0101”)。這一幀在以預(yù)先確定的頻率被調(diào)制的傳輸信道上連續(xù)重復(fù)，該傳輸信道將不干擾通信信道。
于是，每幀有19個字節(jié)可用于數(shù)據(jù)，例如源I/O標識符。每2字節(jié)數(shù)據(jù)之后，一個填充字節(jié)保證數(shù)據(jù)過渡，從而在數(shù)據(jù)上不會失掉時鐘恢復(fù)鎖定。填充字節(jié)還設(shè)成這樣的值，它使有效載荷數(shù)據(jù)能仿效成幀模式而沒有多個位錯誤。
如果希望在填充字節(jié)之間有更多的有效載荷數(shù)據(jù)，則可增加指示帖起始的成幀字節(jié)數(shù)。例如，在使用5個成幀字節(jié)來指示幀起始的系統(tǒng)中，在填充位之間可存在4個有效載荷字節(jié)。一般而言，對于使用n個字節(jié)的幀，在一個填充字節(jié)之前可存在n-1個有效載荷字節(jié)。增加填充字節(jié)之間的有效載荷字節(jié)數(shù)將不影響虛假成幀(只要相應(yīng)的成幀字節(jié)也類似地增加)，然而，它會在位過渡之間造成較長的時間段，這能影響時鐘恢復(fù)。
圖5說明對傳輸包幀起始點的檢測。為了檢測幀起始點，在傳輸信道檢測一個填充字節(jié)(前一幀的最后一個字節(jié))的成幀模式后跟3個成幀字節(jié)(對于所說明的實施例)。圖4所示傳輸包實施例的一個重要方面是很難發(fā)生虛假成幀。假定一個有效載荷會有任何值，于是兩個有效載荷字節(jié)都會與成幀字節(jié)有同樣的值，這時需要后跟的填充字節(jié)至少有4位錯誤才會模仿出幀檢測所必須的最后一個成幀字節(jié)。在BIP-4校正字假之后的位模式防止各幀以半字節(jié)間隔匹配。
在最壞的情景中(假定沒有位錯誤)，將在36字節(jié)內(nèi)檢測到成幀模式(0.144毫秒)。一旦檢測到“同幀(in frame)”狀態(tài)(一個沒有錯誤的成幀模式)，則檢測電路將繼續(xù)在它所預(yù)期的位置監(jiān)視成幀信息(一幀的最后一個填充字節(jié)和接下來持續(xù)的3個成幀字節(jié))。如果發(fā)現(xiàn)兩個或更多個持續(xù)的幀在其成幀模式中有3個或更多個錯誤，則宣告一個“幀失調(diào)(out of frame)”狀態(tài)，于是檢測電路28再次開始尋找有效幀。根據(jù)預(yù)期的錯誤率，可以建立其他判據(jù)。
上面描述的成幀格式提供了在至少36個字節(jié)內(nèi)找到一幀的高概率，并提供了將別低的虛假成幀概率。發(fā)生虛假成幀超過一幀的可能性幾乎不存在。
使用一個錯誤率(PE)1×10-6錯誤/位(在傳輸信道上每百萬位中有一個錯誤)，這將是特別高的錯誤率，則在36個字節(jié)內(nèi)沒有找到一幀的概率為P(成幀模式錯)＝1-(1-PE)32＝1-(1-10-6)32＝3.2×10-5換言之，影響成幀模式的隨機錯誤每32000幀發(fā)生一次。在相繼兩個幀中造成丟幀的錯誤概率將等于P(相繼兩個成幀錯誤)＝(3.2×10-5)2＝1.024×10-9這樣，在相繼兩幀中失掉同幀狀態(tài)的情況將是每個兆次嘗試中發(fā)生一次。
錯誤成幀的概率，即這樣一種狀態(tài)那些有效載荷字節(jié)被設(shè)置成與成幀字節(jié)有相同值，而在其后的填充字節(jié)中在特定的位位置發(fā)生4個錯誤。在這種最壞的情況中，只有兩個位模式情景會允許該位模式造成成幀錯誤(所示實施例中在填充字節(jié)中發(fā)生錯誤造成模仿一成幀字節(jié)，這些錯誤需要發(fā)生在全部奇數(shù)位位置上或者全部偶數(shù)位位置上)。這種錯誤的概率是P(一字節(jié)帶有4個錯誤)＝PE4×(1-PE)4×2組合＝(10-6)4×(1-10-6)4×2＝2×10-24兩幀中持續(xù)這種情況的概率是(2×10-24)2＝4×10-48這樣，在相繼兩個幀上發(fā)生虛假成幀的可能性幾乎不存在。連續(xù)兩個以上幀的虛假成幀概率會進一步減小。
因此，上面描述的成幀協(xié)議提供了一種方式，它把傳輸信道調(diào)制到通信信道上從而通過光矩陣傳輸控制信息。傳輸幀包括成幀字節(jié)和具有已知過渡位的填充字節(jié)，從而保證在整個幀中提供位過渡。這樣，便能避免使用其他昂貴的技術(shù)，如擾碼技術(shù)。再有，用于檢測幀起點的成幀模式是填充和模式位的組合，這需要多個位錯誤才能虛假成幀。在小于1毫秒的時間內(nèi)便極其可能發(fā)生同幀狀態(tài)。
對填充字節(jié)和成幀字節(jié)的位模式可做許多改變。交換填充和字節(jié)模式(即把填充字節(jié)設(shè)為01010101而把成幀字節(jié)設(shè)為00110011)將有與上述同樣的好處。類似地，交換模式中的“1”和“0”(即填充字節(jié)設(shè)為11001100和/或成幀字節(jié)設(shè)為10101010)也將得到同樣的好處。
其他改變，如設(shè)成幀字節(jié)為01011010和/或填充字節(jié)設(shè)為00111100也能得到所示實施例的好處。重要的因素是(1)填充字節(jié)在多個位位置上不同于打包字節(jié)(packing byte)，(2)至少是填充字節(jié)，最好是填充字節(jié)和成幀字節(jié)二者，有多個位過渡，以保證時鐘恢復(fù)電路不會失鎖。
對本發(fā)明還是結(jié)合使用字節(jié)(8位)作為標準單元大小進行描述的。本發(fā)明能容易地調(diào)節(jié)成適于任何數(shù)據(jù)單元大小。
雖然本發(fā)明詳述是針對某些實施示例的，但將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員建議對這些實施例的各種修改以及其他不同的實施例。本發(fā)明包括任何落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的修改和其他不同的實施例。
權(quán)利要求
1.一種光交叉連接交換機，包含多個輸入/輸出端口，用于在光纖上傳送包括一個或多個通信信道的數(shù)據(jù)流；一個光矩陣，用于形成光通路，供在源輸入/輸出端口和目的地輸出端口之間傳送所述數(shù)據(jù)流；以及在數(shù)據(jù)流進入所述光矩陣之前把控制信道調(diào)制到所述數(shù)據(jù)流上的電路，所述控制信道包括格式化為幀的數(shù)據(jù)，這里每幀包含n個成幀單元；一個或多個單元組，每組含有m個有效載荷單元和若干填充單元，這里m小于n，所述填充單元至少有一個位位置不同于成幀單元。
2.權(quán)利要求1的光交叉連接交換機，這里所述一個或多個通信信道被調(diào)制在各自的波長上，所述控制信道被調(diào)制在不同于所述一個或多個各自的波長的波長上。
3.權(quán)利要求1的光交叉連接交換機，這里m＝n-1。
4.權(quán)利要求1的光交叉連接交換機，這里所述有效載荷單元之一含有糾錯數(shù)據(jù)。
5.權(quán)利要求1的光交叉連接交換機，這里所述填充單元在相鄰位位置之間有多個數(shù)據(jù)過渡。
6.權(quán)利要求1的光交叉連接交換機，這里所述成幀單元和所述填充單元之一有“0”和“1”交替的位模式。
7.權(quán)利要求6的光交叉連接交換機，這里所述成幀單元和所述填充單元二者中的另一個有“00”和“11”交替的位模式。
8.權(quán)利要求1的光交叉連接交換機，在所述輸入/輸出端口中進一步包含通過匹配一個填充單元后跟n個成幀單元的模式來檢測幀起始狀態(tài)的電路。
9.權(quán)利要求1的光交叉連接交換機，這里所述控制信道有效載荷單元之一包括指示源輸入/輸出端口的信息。
10.一種控制光交叉連接交換機的方法，包含如下步驟通過光矩陣在源輸入/輸出端口和目的地輸出端口之間形成傳送所述數(shù)據(jù)流的光通路；在所述數(shù)據(jù)流進入所述光矩陣之前將一個或多個控制信道調(diào)制到所述數(shù)據(jù)流上，所述控制信道包括格式化成幀的數(shù)據(jù)，這里每幀包含n個成幀單元和一個或多個單元組，每組有m個有效載荷單元和若干填充單元，這里m小于n，并且所述填充單元至少有一個位位置不同于成幀單元。
11.權(quán)利要求10的方法，這里所述一個或多個通信信道被調(diào)制在各自的波長上，所述控制信道被調(diào)制在不同于所述一個或多個各自的波長的波長上。
12.權(quán)利要求10的方法，這里m＝n-1。
13.權(quán)利要求10的方法，這里所述有效載荷單元之一含有糾錯數(shù)據(jù)。
14.權(quán)利要求10的方法，這里所述填充單元在相鄰位置之間有多個數(shù)據(jù)過渡。
15.權(quán)利要求10的方法，這里所述成幀單元和所述填充單元之一有“0”和“1”交替的模式。
16.權(quán)利要求15的方法，這里所述成幀單元和所述填充單元二者中的另一個有“00”和“11”交替的位模式。
17.權(quán)利要求10的方法，進一步包含通過匹配一個填充單元后跟n個成幀單元的模式來檢測幀起始狀態(tài)的步驟。
18.權(quán)利要求10的方法，這里所述控制信道有效載荷單元之一包括指示源輸入/輸出端口的信息。
全文摘要
一種光交叉連接交換機(12)包括一個光矩陣14用于在源I/O端口(20)和目的地I/O端口(22)之間傳送光通信數(shù)據(jù)。控制信息在傳輸幀24中在源I/O端口(20)和目的地I/O端口(22)之間傳送。傳輸幀包括多個成幀字節(jié)指示一幀的起始(24),以規(guī)則間隔出現(xiàn)的填充字節(jié)保證在控制信息數(shù)據(jù)流中有適當?shù)奈贿^渡。攜帶控制信息的有效載荷字節(jié)位于填充字節(jié)之間。填充字節(jié)在多個位位置中有與成幀字節(jié)不同的位值。從而只有當在填充字節(jié)中出現(xiàn)多個位錯誤時才會發(fā)生虛假成幀。
文檔編號H04Q11/00GK1338833SQ0112479
公開日2002年3月6日 申請日期2001年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月15日
發(fā)明者安瑟尼·馬澤克 申請人:美國阿爾卡塔爾資源有限合伙公司