專利名稱：分布式網(wǎng)絡(luò)同步系統(tǒng)的制作方法
相關(guān)申請和專利的參考以下共同所有的專利和申請與本發(fā)明相關(guān)，在這里引入以作本文和其它的參考美國專利申請序列號NO.08/207,931，提交于3月8日，1994，標題為“可擴展電信系統(tǒng)”命名為發(fā)明者Robert P.Madonna。
美國專利NO.5,426,694，標題為“具有可編程網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信業(yè)務(wù)的電信交換”，命名為發(fā)明者Mark P.Hbert。
美國專利申請序列號no.08/566,414，標題為“具有一個通用應(yīng)用程序接口的電信交換”，命名為發(fā)明者Mark P.Hebert，出版于11月30日，1995。
美國專利NO.5,349,579，標題為“有可編程通信業(yè)務(wù)的電信交換”，命名為發(fā)明者Robert P.Madonna與Kevin C.Kicklighter。
發(fā)明的背景發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明主要涉及電信領(lǐng)域，特別涉及用于支持在分布式電信系統(tǒng)的同步節(jié)點間字和幀同步的新型分布式同步系統(tǒng)。
相關(guān)技術(shù)通常，分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括了物理的承載傳輸系統(tǒng)，在地理上分散的節(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)。該網(wǎng)絡(luò)可以采用諸如總線型和環(huán)型的各種拓撲結(jié)構(gòu)形式之一。在總線拓撲中，同軸電纜或光纖通常被用作總線。例如以太網(wǎng)，使用同軸電纜作為它的傳輸媒介。在環(huán)狀結(jié)構(gòu)中，物理介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜，或光纖。在環(huán)狀拓撲中，節(jié)點作為中繼器，接收并再發(fā)送輸入的信息。
設(shè)計各種結(jié)構(gòu)以避免網(wǎng)絡(luò)中使用共享介質(zhì)的節(jié)點之間發(fā)生沖突。例如，在一種通用技術(shù)中，使用了一種令牌傳遞分布控制機制，這種結(jié)構(gòu)中，傳送的許可是通過“令牌”的方法，從一個站點到另一個順序傳遞的，該“令牌”是一種設(shè)置在信息幀中的特定的比特或標志集，或特別定義的控制幀?；蛘撸烧诮橘|(zhì)上發(fā)送信息的節(jié)點在它的發(fā)送結(jié)束時，通過在它發(fā)送的幀中設(shè)置令牌，向下一個節(jié)點傳遞控制。一個節(jié)點識別該令牌比特，然后如果需要發(fā)送信息，便可以自由發(fā)送它自己的信息了。這樣，多個令牌可以同時存在于介質(zhì)中。在另一種常用的方法中，正在發(fā)送信息的節(jié)點只在自己的幀返回后，向下一個節(jié)點傳遞控制(即發(fā)布一個令牌)。這種情況下，同一時間內(nèi)只有一個可以使用的令牌，簡化了網(wǎng)絡(luò)的管理?？偩€和環(huán)形拓撲都可以支持令牌傳遞訪問策略。在總線情況下，節(jié)點必須順序地標號，以決定哪一個節(jié)點可以下一個接收令牌。在環(huán)形結(jié)構(gòu)情況下，“下一個”節(jié)點意味著傳輸方向上的下一個節(jié)點。
在最簡單的操作模式下，環(huán)上的每一個節(jié)點接收每一個幀包，然后將它傳遞(再傳輸)給它的相鄰節(jié)點。如果那個節(jié)點識別出該包的目的地址是自己，它除了再傳送之外，還將該幀拷貝下來。在一個循環(huán)之后，初始發(fā)送的節(jié)點將自己的幀從環(huán)上卸下。在單令牌規(guī)程中，發(fā)送節(jié)點在接收到自己的幀包后，通過發(fā)送一個令牌的方法接著把控制傳給下一個節(jié)點。有幀需要發(fā)送的節(jié)點必須等到它接收到許可之后才可發(fā)送。
從源節(jié)點到目的節(jié)點傳送數(shù)據(jù)的時間通常用來作為網(wǎng)絡(luò)性能的測試。傳送時間取決于一些因素，很重要的一個就是環(huán)遲滯或時延。環(huán)遲滯的兩個重要來源是幀包在環(huán)上循環(huán)一周所需要的傳播延遲；以及環(huán)上每個節(jié)點再發(fā)送幀包所需的延遲。環(huán)遲滯時間少，網(wǎng)絡(luò)的性能就好。
環(huán)遲滯的影響由于現(xiàn)代高速光纖系統(tǒng)帶來的增加了的帶寬容量而復雜。高速網(wǎng)絡(luò)由于比特在光纖(或電線)中更加緊密地打包而變得更快，單個比特經(jīng)過光纜的時間幾乎是相同的。這樣，例如，在10M/s以太網(wǎng)上以及在高速光纖網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用之間交換消息幾乎用同樣的時間。但是除提高性能的節(jié)點每單位時間執(zhí)行更多的指令之外，增加了容量的網(wǎng)絡(luò)在每個單位時間內(nèi)發(fā)送更多的比特，結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)中相對延遲增加了。也就是說，當CPU周期時間變短，源節(jié)點必須等待它消息的回答的指令周期的數(shù)目增加了。結(jié)果環(huán)遲滯變成分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最大的單開銷。
在廣泛分布的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，這個問題更加嚴重，因為傳播延遲隨著距離而增加。當分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的節(jié)點變得更加地理分散，被發(fā)送的應(yīng)用必須等待它自己的包返回，或它的消息的應(yīng)答的指令周期的數(shù)目增加了。此外，當?shù)乩矸稚⒌木W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中節(jié)點到節(jié)點距離增加時，傳播延遲和由此的環(huán)遲滯變得不可預料。當節(jié)點是傳輸同步PCM(脈沖編碼調(diào)制)數(shù)據(jù)的電信交換機時，分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不可預料性尤其成問題。幀包的不確定到達阻礙了接收節(jié)點精確識別PCM抽樣點間的間隔，因此抑制了同步數(shù)據(jù)通過同步網(wǎng)絡(luò)的傳送。
進一步地，為了保證在分布式網(wǎng)絡(luò)上合理地接收信息，控制目的節(jié)點的本地時鐘信號必須精確地適配源節(jié)，點的時鐘信號。不過，雖然在相同的頻率工作，時鐘的變化不可避免地存在于網(wǎng)絡(luò)單元中。高的頻率變化，指頻率抖動，通常通過使用每個節(jié)點中的抖動過濾器減少到可管理的水平。低的頻率變化，指頻偏，通常通過使用位于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的緩沖區(qū)來處理。特殊情況下，這些緩沖區(qū)保存了少量的數(shù)據(jù)，允許用小幅度的偏移量來提高或限制它而無數(shù)據(jù)丟失或差錯。當偏移超過了緩沖區(qū)的容量，它們或者重復(即下溢)或者拋棄(即溢出)數(shù)據(jù)塊以補償源節(jié)點與目的節(jié)點間的時鐘差異。下溢和溢出操作，主要指滑動，通常造成網(wǎng)絡(luò)中的差錯。例如，在語音電路中，滑動可以通過爆破或敲擊音被檢測出，而在數(shù)據(jù)傳輸中，滑動表現(xiàn)為數(shù)據(jù)丟失。非常大的緩沖區(qū)可以減小這類差錯的概率，但它們增加了網(wǎng)絡(luò)延遲。延遲是不希望的，所以緩沖區(qū)大小要最小化。
各種技術(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用以維持網(wǎng)絡(luò)同步，避免這樣的數(shù)據(jù)丟失。例如，傳統(tǒng)的時鐘恢復技術(shù)通常伴隨數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳送承載時間信息。一個存在目的節(jié)點的時鐘恢復系統(tǒng)用發(fā)送的時間信息來恢復源節(jié)點時鐘的頻率，并產(chǎn)生一個具有某一頻率的發(fā)射時鐘，在該頻率下目的節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的用戶進程。此外，恢復的時鐘和發(fā)送又提供給網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點。除了校準技術(shù)，每個節(jié)點使用鎖相環(huán)或其它反饋電路，使得頻率在源節(jié)點頻率附近變化，不斷地努力鎖定到該時鐘頻率上去。在所需頻率附近的連續(xù)變化引起抖動。由于每個順序的節(jié)點都試圖恢復時鐘，從所有先前恢復工作而產(chǎn)生的抖動被積累下來。最后，該積累了的抖動超過了目的節(jié)點的容量，引起發(fā)射時鐘的永久的相位錯誤，導致數(shù)據(jù)差錯。
傳統(tǒng)時鐘恢復系統(tǒng)的另一個缺點是，它們是建立在給源節(jié)點與目的節(jié)點提供相同的網(wǎng)絡(luò)參考時鐘的假設(shè)上。在地理分散的電信系統(tǒng)中，往往不是這種情況，在該系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)的每部分通常同步在不同的參考時鐘下，即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中包括了多個時鐘域的情況并非特別。雖然這些本地時鐘可以參考1層時鐘，它們可以在一段時間內(nèi)出現(xiàn)相位偏離，這段時間連續(xù)地增加，直到節(jié)點間通信中產(chǎn)生滑動。而且，如果網(wǎng)絡(luò)單元，比如數(shù)字交叉連接失敗，某些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點會失去它們的參考時鐘。這些節(jié)點必須用它們的內(nèi)部時鐘，由于節(jié)點的內(nèi)部時鐘和參考時鐘間相位和頻率的不同，造成了數(shù)據(jù)丟失的增加。產(chǎn)生的相位偏移進一步表現(xiàn)為前面所說的語音傳輸中的敲擊和爆破噪音以及圖象和視象傳輸中的數(shù)據(jù)丟失。顯然，這些傳統(tǒng)的技術(shù)只有在源節(jié)點和目的節(jié)點使用的參考時鐘是一致的時候才是可靠的。
因此，那就需要一種裝置來保證分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的環(huán)遲滯是可預見和可保證的，以此來支持同步數(shù)據(jù)(PCM)的傳輸。此外，該系統(tǒng)必須能夠從源節(jié)點和目的節(jié)點時鐘間的偏差中恢復，而不引起數(shù)據(jù)丟失和造成通過每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息傳輸?shù)某~延遲。
發(fā)明簡述本發(fā)明是用在分布式同步電信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中每個節(jié)點的新型分布式同步系統(tǒng)，它連續(xù)地監(jiān)視和控制通過工作網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)據(jù)流，以此避免由于源節(jié)點和目的節(jié)點時鐘的相位和頻率不同產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流錯誤，并且使環(huán)遲滯成為幀包的整數(shù)倍，讓同步數(shù)據(jù)能夠有效發(fā)送。
特別是，本發(fā)明包括了同步數(shù)據(jù)FIFO，用于保存從源節(jié)點收到的即將順序發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上目的節(jié)點的特定幀包的預定義區(qū)域或部分。該新型幀包包括幀同步域標識幀包的開始；包括有效數(shù)據(jù)的有效負載域；以及提供帶寬的一個靜區(qū)，在該帶寬中，本發(fā)明執(zhí)行同步功能。本發(fā)明的幀同步子系統(tǒng)在指定的主節(jié)點實現(xiàn)，不考慮沿著網(wǎng)絡(luò)的幀傳播時間(環(huán)遲滯)，保證幀是在一個獨立確定幀的開始發(fā)送的。一個字同步子系統(tǒng)管理通過每個非主節(jié)點的數(shù)據(jù)FIFO的數(shù)據(jù)流，以源節(jié)點時鐘速率接收并存儲數(shù)據(jù)，并以自己的時鐘發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣保證了在異步地通信的節(jié)點間有效地接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。
更加特別，字再同步子系統(tǒng)控制同步數(shù)據(jù)FIFO的操作，減少實現(xiàn)本發(fā)明的源節(jié)點和目的節(jié)點間時鐘的相位差異。一個寫控制器以源節(jié)點時鐘速率工作，而讀控制器以目的節(jié)點時鐘速率工作，異步地管理通過數(shù)據(jù)FIFO的數(shù)據(jù)，來保持FIFO中數(shù)據(jù)的量在一個最佳的數(shù)量上。在接收幀傳輸預定義部分的過程中，其中沒有相關(guān)數(shù)據(jù)放置進有關(guān)幀包中，F(xiàn)IFO讀和寫控制器臨時地延緩從/往FIFO讀和/或?qū)懙牟僮?，和?shù)據(jù)維持在最佳的水平上，有效地接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，同時避免經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的額外的延遲。
在另一方面，幀同步子系統(tǒng)只緩沖幀包的有效負載和幀同步字，它們保持到幀周期開始，象由本地幀同步脈沖的產(chǎn)生所決定的一樣。在傳輸中，幀同步子系統(tǒng)只發(fā)送存儲的有效負載和幀同步域，在上面附加一個新的本地確定的靜區(qū)，用以產(chǎn)生一個精確地一幀長度的幀包。
進一步地，本發(fā)明的字再同步子系統(tǒng)避免了數(shù)據(jù)FIFO溢出和下溢情況的產(chǎn)生，因此保證了通過工作的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的無差錯傳輸。字再同步子系統(tǒng)的一個明顯的特征是它的預期的特性，保證了它在數(shù)據(jù)丟失之前執(zhí)行糾錯功能。本發(fā)明提供的另一個特征是它的臨時控制能力，它控制往來于FIFO的讀和寫，從時鐘偏移量中恢復，而不丟失數(shù)據(jù)，且不引起網(wǎng)絡(luò)中大的延遲。
本發(fā)明另一個優(yōu)點是，幀同步子系統(tǒng)通過為每個來自主節(jié)點的再傳送幀重新生成可變大小的靜區(qū)，使每個幀包被保證準確地等于單幀傳輸所要求的預定義長度，從而消除了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中定時不準確的影響。這保證了每個非主節(jié)點在預定義時間間隔接收幀包?？深A知性和周期性接收幀包使得接收節(jié)點可以確定脈沖編碼調(diào)制(PCM)抽樣的邊界。此外，幀同步子系統(tǒng)自動地調(diào)整節(jié)點中緩沖的數(shù)據(jù)量，動態(tài)地自我調(diào)節(jié)環(huán)遲滯。
附圖簡述本發(fā)明的以上和進一步的優(yōu)點通過下面對附圖的描述，可以更好地理解，在圖中

圖1是電信系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)用了環(huán)狀節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)在可編程交換節(jié)點間傳輸信息，所有的節(jié)點依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案構(gòu)造；圖2是一種可編程交換節(jié)點的框圖，該節(jié)點可以在圖1的電信系統(tǒng)中使用；圖3是圖2中所示交換節(jié)點中節(jié)點交換的框圖；圖4是本發(fā)明分布式同步系統(tǒng)的框圖；圖5是本發(fā)明分布式同步系統(tǒng)使用的新型幀結(jié)構(gòu)的框圖；圖6是本發(fā)明分布式同步系統(tǒng)使用的字再同步子系統(tǒng)的框圖；圖7是狀態(tài)圖，表現(xiàn)了本發(fā)明字再同步子系統(tǒng)的寫控制器執(zhí)行的功能；圖8是狀態(tài)圖，表現(xiàn)了本發(fā)明字再同步子系統(tǒng)的讀控制器執(zhí)行的功能；圖9是本發(fā)明分布式同步系統(tǒng)的幀同步子系統(tǒng)的框圖；圖10是狀態(tài)圖，表現(xiàn)了本發(fā)明幀同步子系統(tǒng)的寫控制器執(zhí)行的功能；圖11是狀態(tài)圖，表現(xiàn)了本發(fā)明幀同步子系統(tǒng)的讀控制器執(zhí)行的功能。
優(yōu)選實施方案的詳細描述A.系統(tǒng)環(huán)境圖1顯示了一個大容量，可擴展，完全可編程的電信交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)100。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)100包括一系列可編程節(jié)點102，由一個物理運載傳輸系統(tǒng)110互連。該可編程節(jié)點包括可編程交換節(jié)點102b，102d，語音處理資源節(jié)點102c，和主節(jié)點102a。節(jié)點102b包括一個主機接口114，以通信關(guān)系與主機104相連。雖然只顯示了一臺主計算機104，局域網(wǎng)(LAN)的使用提供了主機/節(jié)點通信，允許多臺主機通過將每臺主機配置為“客戶”，而每個節(jié)點配置為“服務(wù)器”控制系統(tǒng)100(或部分)。圖中為清楚起見，只顯示了單個主機114和交換節(jié)點102b的接口。
這些節(jié)點可以執(zhí)行任何數(shù)目的功能。例如，節(jié)點102b和102d是編程交換節(jié)點且分別包括與公共交換電話網(wǎng)(PSTN)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)106和118連接的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)/線路接口。“專用網(wǎng)絡(luò)”的用法是在廣義上指任何不同于PSTN的網(wǎng)絡(luò)或線路或其它的接口。網(wǎng)絡(luò)/線路接口108，116可以是數(shù)字網(wǎng)絡(luò)或模擬中繼線/線路，或兩者組合類型的終端。
節(jié)點102a是名義上指定的“主節(jié)點”，它的特性在下文中闡述。如下文所述，節(jié)點102a-102d中的任何一個可以被配置為活動主節(jié)點。當然，在任何特定的時間內(nèi)，只能有一個活動主節(jié)點。
節(jié)點102a-102d通過環(huán)結(jié)構(gòu)節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)110連接在一起，該網(wǎng)絡(luò)提供了節(jié)點間的高速，高帶寬數(shù)字通信。如圖所示，節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)100可以用環(huán)來實現(xiàn)，它使得每個節(jié)點能夠與網(wǎng)絡(luò)100服務(wù)的每個其它的節(jié)點交換打包的信息。節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)100可以用任何各種其它類型的通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，包括以太網(wǎng)或其它類型的LAN，無線通信網(wǎng)絡(luò)，以及PSTN(ATM/SONET)。為節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)100使用PSTN允許節(jié)點在很大的地域地理分散。另外，其它類型拓撲，比如總線拓撲，也是本發(fā)明考慮之內(nèi)的。
系統(tǒng)100的所有操作由主機104控制，它通常用個人計算機(PC)，工作站，或其它運行用戶應(yīng)用軟件的計算機來實現(xiàn)。主機104和節(jié)點102b在LAN/RS-232鏈路114上交換消息。這類消息一般用來配置節(jié)點，也用來直接調(diào)用處理功能，例如建立連接與提供通信服務(wù)(即，音頻檢測，音頻發(fā)生和會話)。節(jié)點102支持的可編程網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信業(yè)務(wù)，以及這些協(xié)議的發(fā)展，可以在以下專利中找到美國專利NO.5,426,694，Mark P.Hebert，題為“具有可編程網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的電信交換系統(tǒng)”，和Mark P.Hebert的美國專利申請，題為“具有通用應(yīng)用程序接口的電信交換系統(tǒng)”，提交于1995，11.30，序列號NO08/566,414，這兩項專利都轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在這里全文引用以作參考。
圖2表示可以用于系統(tǒng)100中的一類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點102的主要功能組成部分，比如可編程交換節(jié)點102b。數(shù)字或模擬網(wǎng)絡(luò)/線路接口206終止于一系列線路卡輸入/輸出(IO)卡204。一些數(shù)字網(wǎng)絡(luò)T1，E1，J1或模擬中繼線/線路線路卡208與線路卡IO卡204在線路卡(LC)IO線路210上通信。線路卡還和冗余交換總線212a和212b(合起來總稱交換總線212)接口。其它類型的網(wǎng)絡(luò)/線路接口，比如DS3，SONET或其它也可被提供。
各種通信業(yè)務(wù)，比如音頻檢測和產(chǎn)生，會話，語音錄音提示，呼叫跟進分析，語音識別，ADPCM壓縮和許多其它的業(yè)務(wù)由一個或多個多功能數(shù)字信號處理(MFDSP)DSP卡214提供。MFDSP卡214和其它光卡，以及總線212的詳細的結(jié)構(gòu)和操作在共有的美國專利No.5,349,579中有描述，這里引入以作參考。環(huán)(網(wǎng))IO卡216起到環(huán)110和本發(fā)明節(jié)點交換202間的接口。主機接口可如上文所述那樣被提供，建立與主機104之間的通信鏈路。其它的卡可以加入圖示的交換系統(tǒng)200或從中減去。例如，ISDN Primary Rate業(yè)務(wù)和其它分組通信業(yè)務(wù)可以用一塊或多塊ISDN-24卡來提供。
語音處理資源節(jié)點102c不包括線路卡208和線路卡I/O卡204，因為這樣的節(jié)點不與PSTN或其它網(wǎng)絡(luò)接口。不過這種節(jié)點包括其它的部分，比如為與語音處理資源通信用的標準的語音處理總線。例如，NewJersey的Dialogic公司生產(chǎn)了一類語音處理資源板或卡，它直接插在語音處理總線上，可以用在各種應(yīng)用中，包括語音信箱，傳真信箱，交互式語音響應(yīng)及其它。節(jié)點102的其它可以選用的實施方案包括與圖2中所示的相同或不同的卡。
圖3中顯示了本發(fā)明的節(jié)點交換202的優(yōu)選實施方案的詳細結(jié)構(gòu)。中央處理器(CPU)以及相關(guān)的RAM/ROM 302與數(shù)據(jù)/地址總線304以通信關(guān)系相連。CPU302還和HDLC總線(交換總線212的一部分)以通信的關(guān)系相連，并且可以根據(jù)節(jié)點交換202的配置，與主機104以通信的關(guān)系相連。數(shù)據(jù)發(fā)送器306和接收器308與地址/數(shù)據(jù)總線304和包處理電路312以通信關(guān)系相連。
一個高速數(shù)據(jù)接收器314物理上與環(huán)110接口，用以接收從環(huán)發(fā)來的包形式的信息。接收器314優(yōu)選地用Hewlett-Packard公司的HDMP-1014接收器芯片實現(xiàn)，該芯片是一個發(fā)射極耦合邏輯(ECL)設(shè)備。轉(zhuǎn)換電路316被連接在上面，用來接收接收器314的輸出信號并生成它的輸出信號，該信號與晶體管-晶體管邏輯(TTL)適配。轉(zhuǎn)換電路316的輸出通過一個緩沖器318被用在分布式同步系統(tǒng)326中，系統(tǒng)316的輸出被加在分組處理電路312上，它為實現(xiàn)的節(jié)點到/從接收器308和發(fā)送器306發(fā)送通信。緩沖區(qū)328，轉(zhuǎn)換電路330和高速數(shù)據(jù)發(fā)送器332完成的功能分別與緩沖區(qū)318，轉(zhuǎn)換電路316和數(shù)據(jù)接收器314互補。發(fā)射器332優(yōu)選地使用Hewlett-Packard公司的HDMP-1012發(fā)送器芯片實現(xiàn)。
接收器314將源節(jié)點時鐘從接收到的傳輸信息中恢復，并將恢復后的環(huán)時鐘322分配給節(jié)點交換機202接收幀包的部分，包括本發(fā)明分布式同步系統(tǒng)326。節(jié)點交換機202包括另外用以定時和同步功能的部分。時鐘處理器334產(chǎn)生本地幀同步脈沖324為分布式同步系統(tǒng)326所用。本地幀同步脈沖324是從提供給工作節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)參考時鐘生成的，一般從PSTN或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)得來。最后，環(huán)振蕩器336產(chǎn)生被環(huán)節(jié)點交換機202的部件使用的本地節(jié)點環(huán)時鐘320以發(fā)送幀包，包括分布式同步系統(tǒng)。振蕩器336與總線304以通信關(guān)系相連，向所有的與指定節(jié)點有關(guān)的其它卡(即，其它節(jié)點交換，鏈路卡，MFDSP卡和ISDN-24卡，等)提供時鐘信號，用以控制HDLC總線的接入。節(jié)點交換機202和節(jié)點交換機202執(zhí)行的操作的詳細情況可以在共有美國專利申請中找到，序列號NO.08/207,931，提交于1994年3，8，題為“可擴展的電信系統(tǒng)”，命名為發(fā)明者Robert P.Madonna，此處引入以作參考。
B.分布式同步系統(tǒng)如上文所述，環(huán)遲滯的負面影響，特別是在諸如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)100的高速光纖系統(tǒng)中，明顯地降低了這類分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。環(huán)遲滯主要包括幀包沿著環(huán)一周所需要的傳播延遲和幀包在環(huán)上每個節(jié)點再傳送所需要的延遲。在具有地理分散節(jié)點的廣泛分布的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，沿環(huán)一周的延遲是顯著且不可預測的，因此阻礙了同步PCM(脈碼調(diào)制)數(shù)據(jù)的精確傳輸，幀包到達的不可預知阻礙了接收節(jié)點識別PCM抽樣間隔，由此限制了同步數(shù)據(jù)經(jīng)過同步網(wǎng)絡(luò)的傳送。更進一步地，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的時間不同，傳統(tǒng)的時鐘校準技術(shù)中積累的頻率抖動甚至超過節(jié)點的容量，妨礙了時鐘和數(shù)據(jù)的恢復。
1.概述為保證分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)100中的環(huán)遲滯是可預知的，并保證支持同步(PCM)數(shù)據(jù)的傳輸，本發(fā)明延遲了幀包的再發(fā)送，直到預定義幀周期間隔才進行發(fā)送，這樣，將環(huán)遲滯延伸為幀周期的整數(shù)倍。為避免由于異步通信的節(jié)點間的時鐘偏差造成的數(shù)據(jù)流錯誤，本發(fā)明異步地執(zhí)行接收和再發(fā)送功能，保持數(shù)據(jù)吞吐在一個最佳的速度上，避免數(shù)據(jù)流錯誤，并限制它對環(huán)遲滯的影響。
圖4是本發(fā)明分布式同步系統(tǒng)326的功能框圖。圖5是本發(fā)明為在節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)100上交換信息產(chǎn)生的新型幀包結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。為支持異步網(wǎng)絡(luò)的地理分布節(jié)點間的字同步和幀同步，本發(fā)明包括了兩個相關(guān)的，但功能獨立的子系統(tǒng)在指定的主節(jié)點工作的幀同步子系統(tǒng)；和在其余非主節(jié)點工作的字再同步子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)與圖5中所示的唯一幀包結(jié)構(gòu)結(jié)合工作，在下文中將作詳細闡述。
參看圖4，分布式同步系統(tǒng)326的優(yōu)選實施方案包括了同步數(shù)據(jù)FIFO402，字再同步子系統(tǒng)404和幀同步子系統(tǒng)406。以幀包502形式的數(shù)據(jù)從接收器314經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路316和緩沖區(qū)318，被送到數(shù)據(jù)FIFO402的數(shù)據(jù)輸入線401上。數(shù)據(jù)被從數(shù)據(jù)FIFO402讀到數(shù)據(jù)輸出線403，數(shù)據(jù)輸出線403經(jīng)過包處理電路312，緩沖區(qū)328，和轉(zhuǎn)換電路330，耦合到發(fā)射器332上。
字再同步子系統(tǒng)404通過監(jiān)視器線路412監(jiān)視送到數(shù)據(jù)FIFO402的幀包。子系統(tǒng)404也監(jiān)視數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)量，并通過控制/狀態(tài)線408控制將送到的幀包寫入數(shù)據(jù)FIFO402。
如上文所述，字再同步子系統(tǒng)404異步地執(zhí)行幀包的接收和再發(fā)送。因此，它將恢復的環(huán)時鐘322作為輸入接收，來控制數(shù)據(jù)往數(shù)據(jù)FIFO402的寫入；而主環(huán)時鐘320來控制數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)FIFO402的讀出。
幀同步子系統(tǒng)406通過監(jiān)視線路412監(jiān)視送到數(shù)據(jù)FIFO402的幀包。子系統(tǒng)402也監(jiān)視數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)量，并通過控制/狀態(tài)線410控制送到的幀包對數(shù)據(jù)FIFO402的寫入。由于子系統(tǒng)406也異步地執(zhí)行幀包的接收和再發(fā)送，它將恢復的環(huán)時鐘322和主環(huán)時鐘320作為輸入接收，它們的作用與字再同步子系統(tǒng)404中相同。另外，子系統(tǒng)406接收本地幀同步脈沖信號324，它被用來以獨立定義的幀周期發(fā)送幀包。
圖5顯示了在節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)100上交換信息的一般幀包結(jié)構(gòu)502。每個幀包502包括了一些域，每個包含一個或多個數(shù)據(jù)的字，控制信息或填充幀(即，無數(shù)據(jù))。幀同步域504提供了幀包502開始的標識。有效負載域506包括了一些子包，每個又包含了用于在網(wǎng)絡(luò)100上節(jié)點102a-102d間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。該有效負載可以包括任何類型的數(shù)據(jù)包，比如電路交換數(shù)據(jù)包，分組交換數(shù)據(jù)包，語音處理數(shù)據(jù)包，等待。另外一些有關(guān)子包結(jié)構(gòu)的信息，以及用于傳送不同類型信息的各種包結(jié)構(gòu)的詳細信息在共有美國專利申請中有闡述，題為“可擴展的電信系統(tǒng)”，序列號No.08/207,931，發(fā)表于1994，3，8，命名為發(fā)明者RobertP.Madonna，此處引入以作參考。
圖5還描述了分配網(wǎng)絡(luò)100的帶寬的優(yōu)選方法，使得所有節(jié)點都可傳輸電路交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸是在幀窗口510中完成的，每個窗口的時長是125μs。125μs的周期是比較理想的，因為它與使用最多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的抽樣速率(8KHz)是相對應(yīng)的，也就是電路交換數(shù)據(jù)的值每125μs改變一次。因此，通過要求所有的節(jié)點間電路交換數(shù)據(jù)傳輸在125μs之內(nèi)完成，節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)100保證了所有這類數(shù)據(jù)在任何數(shù)值變化之前就被傳送了。這也允許節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)100相對PSTN和專用網(wǎng)絡(luò)106，118異步操作。
靜區(qū)508是每個幀包502的一個預定義的可變部分，它不包含有效數(shù)據(jù)。它分配了相應(yīng)的有限部分的帶寬來完成本發(fā)明的同步功能。如下文中將要詳細闡述的那樣，靜區(qū)508由指定的主節(jié)點102a在主節(jié)點每次再發(fā)送幀包502時產(chǎn)生的。字再同步子系統(tǒng)404和幀同步子系統(tǒng)406在下文中詳細闡述。
2.字再同步子系統(tǒng)本發(fā)明的字再同步子系統(tǒng)404是一種新型的用在異步網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中每個節(jié)點的分布式同步系統(tǒng)。子系統(tǒng)404連續(xù)地監(jiān)視和控制經(jīng)過一個工作的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)據(jù)流，防止由于源節(jié)點和目的節(jié)點時鐘的差異造成的數(shù)據(jù)流錯誤。特別是，字再同步子系統(tǒng)404管理著經(jīng)過同步數(shù)據(jù)FIFO402的數(shù)據(jù)流，以源節(jié)點時鐘速率接收并存儲數(shù)據(jù)，并依據(jù)它自身的本地時鐘速率發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣保證了異步通信的節(jié)點間幀包的有效接收和發(fā)送，而不造成經(jīng)過節(jié)點的過度延遲。
更特別地，字再同步子系統(tǒng)404控制了數(shù)據(jù)FIFO402的操作，以減小實現(xiàn)本發(fā)明的源節(jié)點和目的節(jié)點時鐘間的相位差異。輸入或?qū)懣刂破?02以源節(jié)點時鐘速率工作，而輸出或讀控制器604以目的節(jié)點時鐘速率工作，管理經(jīng)過數(shù)據(jù)FIFO402的目的節(jié)點的數(shù)據(jù)傳遞，保持在FIFO402中的數(shù)據(jù)在一個最佳的水平。在對沒有包含相關(guān)數(shù)據(jù)的幀包的預定義部分(即，靜區(qū)508)的接收過程中，該FIFO讀和寫控制器402，404交替地延緩從/往FIFO402讀和/或?qū)懖僮?，保持?shù)據(jù)在一個最佳的水平，從時鐘偏移中校準，而不造成數(shù)據(jù)丟失和網(wǎng)絡(luò)中的嚴重延遲。
參看圖6-8，本發(fā)明的新型的字再同步子系統(tǒng)404將在下文中闡述。圖6是本發(fā)明分布式同步系統(tǒng)310的字再同步子系統(tǒng)404和數(shù)據(jù)FIFO402。字再同步子系統(tǒng)404主要包括寫控制器602，讀控制器604，一個初始化設(shè)備606和一個計數(shù)器608。
寫控制器602和讀控制器604控制經(jīng)過數(shù)據(jù)FIFO402的數(shù)據(jù)流，響應(yīng)FIFO的數(shù)據(jù)量620，以及當前送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入的幀包502的域。更特別地，字再同步子系統(tǒng)404的控制器602，604保持數(shù)據(jù)FIFO402的數(shù)據(jù)量在高閥值618和低閥值622之間。閥值618和622定義了數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)量620的最佳范圍，減小源節(jié)點和目的節(jié)點時鐘間的相位差異，而不增加環(huán)延遲。高閥值618由一個可編程準滿(PAF)標志614表示，而低閥值622由可編程準空(PAE)標志616表示。這兩個標志614，616一起提供了數(shù)據(jù)量620的當前標識。
PAE標志616指示數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)量620何時低于相關(guān)的低閥值622。類似地，PAF標志614指示數(shù)據(jù)FIFO402中數(shù)據(jù)量620何時高于相關(guān)的高閥值618。當數(shù)據(jù)量620在或低于低閥值622，PAE標志616便在有效狀態(tài)，而當數(shù)據(jù)量620在或高于高閥值618，PAF標志614便在有效狀態(tài)。反過來，當數(shù)據(jù)量620高于低閥值622，并低于高閥值618，PAE和PAF標志便都不在有效狀態(tài)。PAE和PAF標志614，616通過初始化控制線路628由初始化設(shè)備606初始設(shè)置為預定義的量(下文中將討論)，代表各自的閥值。
如前文所提，幀包502包括了一些域。由字再同步子系統(tǒng)404完成的操作部分取決于幀包502的哪一部分被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入。這是由計數(shù)器608決定的。計數(shù)器608通過監(jiān)視線路412監(jiān)視被送到數(shù)據(jù)FIFO402的數(shù)據(jù)。當接收到幀同步域504的時候，計數(shù)器608開始計算數(shù)據(jù)FIFO402接收到的字的數(shù)量。當計數(shù)器608達到預定義的值，表示當前被送到數(shù)據(jù)FIFO402輸入的幀包502的域是靜區(qū)50，該計數(shù)器在控制總線626上發(fā)送一個信號，命令寫控制器602和讀控制器604再同步。計數(shù)器608計算送到數(shù)據(jù)FIFO402的字，方法是當接收到幀同步域504的時候復位計時器，并將計時器增加一個時間增量，該增量等于接收幀包502的單個字所需的時間。
依據(jù)由PAF和PAE標志614，616決定的數(shù)據(jù)量620和由計數(shù)器608決定的當前送到的幀包502部分，數(shù)據(jù)被寫控制器602和讀控制器604經(jīng)過數(shù)據(jù)FIFO402傳送。寫控制器602通過寫使能(WEN)信號線610控制了數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)FIFO402的寫入。讀控制器604通過讀使能(REN)信號線612控制了數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)FIFO402的讀出。
參看圖7和圖8，寫控制器602和讀控制器604保持數(shù)據(jù)量620在由高閥值618和低閥值622定義的最佳范圍中的操作將在下文中闡述。圖7描繪的是寫控制器602執(zhí)行的功能的狀態(tài)圖，而圖8描繪的是讀控制器604執(zhí)行的功能的狀態(tài)圖。對控制器的討論之后，字再同步子系統(tǒng)404部分防止數(shù)據(jù)量錯誤的互操作性將被討論。
參看圖7，寫控制器602狀態(tài)機700具有三個狀態(tài)復位狀態(tài)702，寫暫停狀態(tài)704和寫狀態(tài)706。開始，寫控制器602處于復位狀態(tài)702。寫控制器602可以因任何數(shù)目的原因而被復位，比如當加電，當數(shù)據(jù)FIFO402被清除，當網(wǎng)絡(luò)上起始通信之前的節(jié)點初始化，等。
在復位狀態(tài)702，寫控制器602將寫使能(WEN)控制線路610設(shè)為無效，防止數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)FIFO402，直到必要條件出現(xiàn)。當這些初始化過程完成，寫控制器602如狀態(tài)轉(zhuǎn)移線708所示進入寫暫停狀態(tài)704。
當寫控制器602進入寫暫停狀態(tài)704，它保持WEN控制線610處于無效狀態(tài)，同時監(jiān)視PAF標志614的狀態(tài)和當前送到數(shù)據(jù)FIFO402的幀包502的部分。如果PAF標志614是有效的，則數(shù)據(jù)量620如上文所述高于高閥值618。在這種情況下，寫控制器602繼續(xù)保持寫暫停狀態(tài)704，直到接收到一個幀包。相反，當數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)量620低于高閥值618，寫控制器602將進入寫狀態(tài)706。當數(shù)據(jù)量620低于高閥值618，而PAF標志614是無效的，寫控制器602將允許數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)FFO402中。這樣，當幀包被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入或當數(shù)據(jù)FIFO402不是準滿，則寫控制器602如狀態(tài)轉(zhuǎn)換線710所示進入寫狀態(tài)706。
在寫狀態(tài)706，寫控制器602將寫使能線610設(shè)為有效，開始往數(shù)據(jù)FIFO402中寫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的寫一直繼續(xù)，直到兩種條件同時發(fā)生。如果計數(shù)器608指示靜區(qū)508是當前送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入，則有效負載域506已經(jīng)被完成寫入FIFO402。如果當數(shù)據(jù)量620在數(shù)據(jù)FIFO402的最佳范圍之內(nèi)該情況出現(xiàn)，數(shù)據(jù)的寫不被暫停，下一個數(shù)據(jù)塊在到達時，將被寫入數(shù)據(jù)FIFO402。
不過，如果計數(shù)器608指示靜區(qū)508是當前在數(shù)據(jù)FIFO402的輸入，且數(shù)據(jù)量620提高到高于閥值618，也就是高于數(shù)據(jù)FIFO402中的期望最佳范圍，數(shù)據(jù)的寫就被暫停。這樣，如果數(shù)據(jù)的當前幀的有效負載域506已經(jīng)完全被寫入FIFO402，且FIFO變成準滿，寫控制器602沿狀態(tài)轉(zhuǎn)移線712進入寫暫停狀態(tài)704。
現(xiàn)在參看圖8，讀控制器604狀態(tài)機800具有三個狀態(tài)復位狀態(tài)802，讀暫停狀態(tài)804和讀狀態(tài)806。開始，讀控制器604處于復位狀態(tài)802。讀控制器604可以因任何數(shù)目的原因而被復位，比如那些上文在寫控制器復位狀態(tài)702的描述中提到的。在復位狀態(tài)802，讀控制器604將讀使能(REN)控制線路612設(shè)為無效，防止從數(shù)據(jù)FIFO402讀取數(shù)據(jù)，直到必要條件出現(xiàn)。當這些復位/初始化過程完成，讀控制器604如狀態(tài)轉(zhuǎn)移線808所示進入讀暫停狀態(tài)804。
當讀控制器604進入暫停狀態(tài)804，它保持REN控制線812處于無效狀態(tài)，同時監(jiān)視PAE標志616的狀態(tài)和當前送到數(shù)據(jù)FIFO402的幀包502的部分。如果PAE標志616是有效的，則數(shù)據(jù)量620如上文所述低于低閥值622。在這種情況下，讀控制器604繼續(xù)保持在讀暫停狀態(tài)804，直到接收到一個幀包或數(shù)據(jù)量620升高到高于低閥值622。當數(shù)據(jù)量620升高到高于低閥值622，讀控制器604允許數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)FIFO402中讀出。這樣，當新的幀包被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入或當數(shù)據(jù)量622不是準空，則讀控制器604如狀態(tài)轉(zhuǎn)換線810所示進入讀狀態(tài)806。
在讀狀態(tài)806，讀控制器604將REN控制信號612設(shè)為有效，使得從數(shù)據(jù)FIFO402中讀數(shù)據(jù)發(fā)生。從數(shù)據(jù)FIFO402中讀數(shù)據(jù)一直繼續(xù)，直到兩種條件發(fā)生。當計數(shù)器608指示靜區(qū)域508當前被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入(有效負載域506已經(jīng)被完全寫入FIFO402)或當數(shù)據(jù)量620在數(shù)據(jù)FIFO402的最佳范圍之內(nèi)，數(shù)據(jù)的讀不被暫停，數(shù)據(jù)將繼續(xù)被從數(shù)據(jù)FIFO402中讀出。
不過，如果計數(shù)器608指示靜區(qū)508當前被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入，且數(shù)據(jù)量620同時低于低閥值622(且低于指定的最佳范圍)，數(shù)據(jù)的讀就被暫停。這樣，如果當前的幀包的有效負載域506已經(jīng)完全被寫入FIFO402，且FIFO402變成準空，讀控制器604沿狀態(tài)轉(zhuǎn)移線812進入讀暫停狀態(tài)804。
寫和讀控制器602，604交互操作，保持數(shù)據(jù)FIFO402的數(shù)據(jù)量620在高閥值618和低閥值622之間的最佳水平。如上文所述，寫和讀控制器602，604根據(jù)PAF和PAE標志614，616的狀態(tài)和當前送到數(shù)據(jù)FIFO402輸入的幀包的部分，完成它們的功能，以響應(yīng)內(nèi)部產(chǎn)生的同步指令。
當接收到幀同步域504，計數(shù)器608開始計算接在幀同步域504之后的數(shù)據(jù)字，即在有效負載域中的字。當計數(shù)器608達到預定義數(shù)目的字，表示靜區(qū)508的開始，寫和讀控制器602，604檢測PAE和PAF標志的狀態(tài)。如果順序的幀包沒有被實現(xiàn)工作的節(jié)點接收到，計數(shù)器608繼續(xù)復位和遞增，每次產(chǎn)生一個再同步指令，使得字再同步子系統(tǒng)404周期性地再同步。換句話說，當幀同步域504被接收到，計數(shù)器608開始遞增，然后，當?shù)竭_最大值，計數(shù)器608復位并重新開始，等待接收另一個幀同步域504。這樣，不用考慮是否接收到幀同步域504，再同步保證發(fā)生，這樣保證了FIFO量620維持在指定的水平，而不管是否接收到包含有效數(shù)據(jù)的幀包。
如果在再同步的過程中，寫和讀控制器602，604確定了數(shù)據(jù)量620在數(shù)據(jù)FIFO402的高閥值和低閥值618，622之間，那么控制器602，604將允許連續(xù)的經(jīng)過數(shù)據(jù)FIFO402的數(shù)據(jù)讀和寫。不過，如果數(shù)據(jù)量620低于PAF614或高于PAE616，那么讀和寫控制器602，604將暫停一段時間對數(shù)據(jù)的讀和/或?qū)?，以保持?shù)據(jù)量620在指定的最佳范圍內(nèi)。
當開始或復位條件發(fā)生，寫和讀控制器602，604分別在復位狀態(tài)702，802。如上文所述，控制器將因任何熟悉的原因被復位或初始化。當控制器分別在復位狀態(tài)，初始化設(shè)備606將高閥值618和低閥值622分別設(shè)置在預定義的數(shù)值上，為數(shù)據(jù)量620定義一個最佳范圍。通過使用這些閥值，數(shù)據(jù)FIFO402中的優(yōu)選的最佳范圍在有效數(shù)據(jù)被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入之前就被設(shè)定。很重要的一點是，數(shù)據(jù)量620應(yīng)在有效數(shù)據(jù)被接收到之前被增加到最佳范圍之內(nèi)，避免字的立即丟失。需要指出，在沒有節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)的階段，主節(jié)點產(chǎn)生所謂的填充幀(幀包的有效負載域中包含的是無效數(shù)據(jù))，它被實現(xiàn)本發(fā)明的字再同步子系統(tǒng)404的網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點接收并存儲。這樣，雖然沒有有效負載被接收，填充幀被保存在數(shù)據(jù)FIFO402中，而字再同步子系統(tǒng)周期性地工作，從而保持數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)量620在接收到包含有效數(shù)據(jù)的幀包之前(即，在正常通信之前)在最佳范圍中。
一旦初始化完成，寫和讀控制器604，606就從它們的復位狀態(tài)702，802分別進入它們的暫停狀態(tài)704，804。當接收到幀包時，計數(shù)器608開始計數(shù)，第一個幀包是由主節(jié)點102a產(chǎn)生的，且包含填充幀。由于幀包502被接受到(包含著非有效數(shù)據(jù))，并且數(shù)據(jù)FIFO402低于低閥值622，寫控制器602立即進入寫狀態(tài)706。在該狀態(tài)下，寫控制器602將WEN控制線610置為有效，使寫發(fā)生。當這些情況發(fā)生，讀控制器604仍舊處于讀暫停狀態(tài)804。當有效負載域506中的數(shù)據(jù)被寫入數(shù)據(jù)FIFO402，數(shù)據(jù)量620最后高于低閥值622，使得PAE標志616轉(zhuǎn)移到無效狀態(tài)。這種情況發(fā)生時，讀控制器604從讀暫停狀態(tài)804轉(zhuǎn)移到讀狀態(tài)806。讀控制器604接著將REN控制線612設(shè)為有效，使得保存在數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)從FIFO中讀出數(shù)據(jù)輸出線403上。這樣，當寫控制器602和讀控制器604在各自的寫和讀狀態(tài)時，數(shù)據(jù)量620將保持在高閥值618和低閥值622之間，根據(jù)源節(jié)點和目的節(jié)點時鐘之間的相位差異而波動。
當數(shù)據(jù)量620減少到低于低閥值622，且相應(yīng)的PAE標志616變?yōu)橛行?，寫和讀控制器602，604協(xié)同操作，使得數(shù)據(jù)量620回到兩個閥值618，622間的最佳范圍內(nèi)。為提高數(shù)據(jù)FIFO402的深度，讀控制器604逐漸從讀狀態(tài)806轉(zhuǎn)為讀暫停狀態(tài)804，其中REN控制信號612被置為無效狀態(tài)，從而停止了數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)FIFO402中的讀出。不過，PAE標志616的無效狀態(tài)并不影響寫控制602，它仍舊保持在寫狀態(tài)706。這樣，向數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)寫入仍舊發(fā)生。一旦數(shù)據(jù)量620增加到低閥值622以上，PAE標志616變成無效，而讀控制器604再次進入讀狀態(tài)806，這里執(zhí)行數(shù)據(jù)的讀。
同樣的控制器602，604之間的交互操作防止了數(shù)據(jù)量620超過和持續(xù)高于高閥值618，而這種情況不需要地增加了環(huán)遲滯。如文中所述，數(shù)據(jù)量620會升高到高閥值618以上，由于，比如源節(jié)點和目的節(jié)點時鐘之間的漂移。當數(shù)據(jù)量620增加到高于高閥值618時，PAF標志614轉(zhuǎn)變到有效狀態(tài)，控制器協(xié)同工作使得數(shù)據(jù)量620回到兩個閥值618，622之間的最佳范圍。PAF標志轉(zhuǎn)變到有效狀態(tài)，而此時寫控制器602處于寫狀態(tài)706，標志轉(zhuǎn)變的發(fā)生使得寫控制器602轉(zhuǎn)變到寫暫停狀態(tài)704。這樣，為了降低數(shù)據(jù)FIFO402的深度，寫控制器602從寫狀態(tài)706轉(zhuǎn)移到寫暫停狀態(tài)704，從而暫停數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)FIFO402的寫入。不過PAF614標志并不被讀控制器604考慮，所以它仍保持在讀狀態(tài)606。因此，當寫暫停的時候，從數(shù)據(jù)FIFO402中讀出數(shù)據(jù)仍舊進行而寫操作暫停，從而減少了數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)量620。不過注意寫控制器將不會從寫狀態(tài)706轉(zhuǎn)移到寫暫停狀態(tài)704，除非幀包502的靜區(qū)508被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入。這就避免了在數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)FIFO402被暫停時，有效負載的丟失。本發(fā)明這樣暫時犧牲了數(shù)據(jù)吞吐時間來保證有效負載域506的成功接收。一旦數(shù)據(jù)量620降低到高閥值618以下，PAF標志614變?yōu)闊o效，寫控制器604轉(zhuǎn)移到寫狀態(tài)706，在這里寫被再次執(zhí)行。
最佳的數(shù)據(jù)量620取決于網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點和目的節(jié)點時鐘之間的期望偏移量。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，每個節(jié)點都有一個工作在131.072MHz+25ppm(每百萬分率)的本地振蕩器。每個節(jié)點的本地時鐘被配置為工作在一半的振蕩速率。所以網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點的容限是1638字/秒(131.072/2×25＝1638)。換句話，源節(jié)點和目的節(jié)點振蕩器之間的變化引起相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送中每秒1638字的變化。當一個節(jié)點的振蕩器以131.072+25ppm運行，而它與具有運行在131.072-25ppm的振蕩器的節(jié)點通信的時候，網(wǎng)絡(luò)上兩個節(jié)點間將會產(chǎn)生最大的差異。這種最差的情況將導致2×1683或3276字每秒的差錯條件。因此每305.25us將會有一個字的滑動。
注意，除了接收到靜區(qū)時計數(shù)器608指示控制器進行再同步外，當沒有接收到幀同步域504時，計數(shù)器608也指示寫和讀控制器進行再同步。也就是說，不管幀同步域504是否被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入，計數(shù)器608連續(xù)地復位和增加它的125μs計時器。當計數(shù)器608完成125μs計時而復位時，它指示寫和讀控制器再同步節(jié)點，并執(zhí)行以上的操作，保持數(shù)據(jù)量620在高閥值和低閥值618和622之間。該周期性的再同步無終限地繼續(xù)，直到幀同步域504被接收到才中斷。所以再同步之間的最長的時間周期是當幀同步域504在恰好是計數(shù)器復位之前被接收到的時間。例如，如果靜區(qū)508是100字長，那么計時器將在118.5μs((8000-100字)×15毫微秒)復位，再同步之間最長的時間是237μs(118.5×2)。
這樣，字再同步通常在每幀或每125μs執(zhí)行，并帶有高達250μs的預期擴展周期。由于這些時間段少于305μs，不會有字滑動產(chǎn)生。結(jié)果是，最佳的數(shù)據(jù)FIFO數(shù)據(jù)量620會是僅有幾個字。在優(yōu)選實施方案中，高閥值618和低閥值622取決于數(shù)據(jù)FIFO402被控制器服務(wù)的頻率，源時鐘和目的時鐘之間的預期不精確度，子系統(tǒng)的不正常行為，以及數(shù)據(jù)FIFO對下溢和溢出條件的敏感性。不過，正如熟知相關(guān)技術(shù)的人清楚地看到，其它的規(guī)則也被考慮在內(nèi)。在優(yōu)選實施方案中，數(shù)據(jù)FIFO402明顯地大于高閥值618，為了溢出條件提供保擴。不過如果數(shù)據(jù)FIFO量變得太大，通過節(jié)點的延遲將會明顯。因此，本發(fā)明將數(shù)據(jù)量620維持在最佳范圍內(nèi)，避免這樣的延遲。雖然希望將數(shù)據(jù)量620維持在盡可能低的數(shù)值上，以減少經(jīng)過節(jié)點的延遲，但根據(jù)上述的因素，為了給下溢條件提供保護又必須有足夠的數(shù)據(jù)量來防止數(shù)據(jù)的丟失。這些被考慮的因素在環(huán)遲滯要求下被平衡，以獲得最佳的數(shù)據(jù)量620的范圍。在優(yōu)選實施方案中，最佳數(shù)據(jù)量620被設(shè)為8字長，相應(yīng)的高閥值和低閥值618，622分別被設(shè)為8和12字長。8字長的數(shù)據(jù)FIFO量不會引起經(jīng)過節(jié)點的明顯的延遲(8×15ns＝120ns)，同時提供一定數(shù)目的字來防止滑動(盡管根據(jù)上述計算不會有滑動產(chǎn)生)。
注意只有當填充幀(無效數(shù)據(jù))被接收到時，在接收靜區(qū)域508的過程中，數(shù)據(jù)寫是被暫停的。其結(jié)果是，靜區(qū)域508的一些，全部或沒有任何部分將被保存在數(shù)據(jù)FIFO402中。被保存的部分是為了保證以本地時鐘從數(shù)據(jù)FIFO402讀出的被發(fā)送的幀包為準確的125μs長所必須的數(shù)量。進一步地，發(fā)送到另一個節(jié)點的時鐘信號將不包含被恢復的源節(jié)點時鐘的抖動或漂移成分。
3.幀同步子系統(tǒng)本發(fā)明的幀同步子系統(tǒng)406是用于異步網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的指定主節(jié)點中的新型同步系統(tǒng)。子系統(tǒng)406連續(xù)地監(jiān)視和控制經(jīng)過工作網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)據(jù)流，以保證幀包經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的時間等于幀包的整數(shù)倍，從而保證每125μs新幀包將到達每個非主節(jié)點。
特別地，幀同步子系統(tǒng)406管理著經(jīng)過數(shù)據(jù)FIFO402的數(shù)據(jù)流，以源節(jié)點時鐘速率(被恢復的環(huán)時鐘322)保存一個幀包的數(shù)據(jù)。子系統(tǒng)406緩沖部分幀包，依據(jù)本地幀同步脈沖324再發(fā)送，而不是以被接收幀包的速率再發(fā)送幀包，上述幀同步脈沖是由提供給主節(jié)點102a的網(wǎng)絡(luò)參考時鐘得來的。本地幀同步脈沖324是由時鐘處理334以預定義網(wǎng)絡(luò)幀發(fā)送速率發(fā)生的。通過延遲幀包的發(fā)送直到本地幀同步脈沖324產(chǎn)生，子系統(tǒng)406保證了經(jīng)過環(huán)的延遲等于幀包的整數(shù)倍，且不考慮環(huán)遲滯的程度，每個節(jié)點接收的每個幀包將以125μs時間間隔被接收。
子系統(tǒng)406除了在預定義時間間隔內(nèi)發(fā)送幀包502，為了保持幀同步，還必須保證幀包具有相應(yīng)于單幀傳輸?shù)拈L度。如果一系列連續(xù)傳送的幀中有一個具有比能以單幀方式傳送的多的字，那么后續(xù)的發(fā)送的幀包將在不可預知的時間被目的節(jié)點接收，而不是在125μs的時間間隔。為完成這個工作，幀同步子系統(tǒng)406只緩沖接收到的幀包502的有效負載域506和幀同步域504，而丟棄靜區(qū)域508，該域由于網(wǎng)絡(luò)中時鐘的不準確性而被擴展或壓縮(字的增加或丟失)。這樣的結(jié)果是存儲的字少于幀包可以包含的最大的字容量，保證幀同步域在本地幀同步脈沖324出現(xiàn)時，總能夠被送到數(shù)據(jù)FIFO的輸出。這就減少了與由于網(wǎng)絡(luò)中的時間不準確性而造成的幀包長度的擴展或壓縮有關(guān)的問題。例如，如果當幀包返回主節(jié)點時靜區(qū)的長度被擴展了，那么當本地幀同步脈沖發(fā)生時將沒有幀同步字在FIFO的輸出。這樣，本發(fā)明保證了域594，506被保存在數(shù)據(jù)FIFO402中，在本地幀同步脈沖324產(chǎn)生時可以被使用。
在傳送時，幀同步子系統(tǒng)406從數(shù)據(jù)FIFO402中讀出域504和506，通過在有效負載域506之后停止讀，有效地生成無效數(shù)據(jù)(即填充幀)的新的靜區(qū)域508，該域具有一定的長度，使得組合后的幀包502包括填充完全幀傳送所需要的字的準確數(shù)目。這使得幀包在本地幀同步脈沖324發(fā)生時被產(chǎn)生并發(fā)送。
參考圖9-11，本發(fā)明的新型幀同步子系統(tǒng)406將在下文中闡述。圖9是幀同步子系統(tǒng)406和本發(fā)明的分布式同步系統(tǒng)310的數(shù)據(jù)FIFO402的功能框圖。幀同步子系統(tǒng)主要包括一個輸入或?qū)懣刂破?02，一個輸出或讀控制器904，一個初始化設(shè)備906和計數(shù)器908。
寫控制器902和讀控制器904響應(yīng)FIFO的數(shù)據(jù)量920，接收到的當前被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入和輸出的幀包901的幀包域，以及本地幀同步脈沖324的發(fā)生。異步地控制經(jīng)過數(shù)據(jù)FIFO402的數(shù)據(jù)流，更特別的是，控制器902，904緩沖數(shù)據(jù)FIFO402中的接收到的幀包901部分，直到下一個幀周期的發(fā)生，從而保持數(shù)據(jù)FIFO402中的最佳數(shù)量的字，避免經(jīng)過主節(jié)點102a的不必要的延遲，以及避免下溢條件的出現(xiàn)。
低閥值922由同步可編程準空(SYNCPAE)標志916表示；即SYNCPAE標志916指示與相應(yīng)低閥值922有關(guān)的數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)量。當數(shù)據(jù)量920在或低于低閥值922時，SYNCPAE標志916處于有效狀態(tài)。反過來，當數(shù)據(jù)量920高于低閥值922時，SYNCPAE標志處于無效狀態(tài)。SYNCPAE標志916由初始化設(shè)備906通過初始控制線928初始地設(shè)置在預定義的量(下文中將闡述)。
如上文所述，讀控制器904也接收在主節(jié)點102a產(chǎn)生的本地幀同步脈沖324，以及通過監(jiān)視線414被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸出的幀包部分的指示。
決定幀包901的哪個域被送到FIFO輸入的工作是由計數(shù)器908完成的，它通過監(jiān)視線412監(jiān)視數(shù)據(jù)FIFO402的輸入。當計數(shù)器監(jiān)測到幀同步域903，它計算到靜區(qū)907，在該處向?qū)懣刂破?02發(fā)出一個自同步命令，使之開始或暫停寫操作。當計數(shù)器908在幀傳送過程中沒有監(jiān)測到幀同步域903(且沒有靜區(qū)域907)，計數(shù)器向?qū)懣刂破?02發(fā)出自同步命令。依據(jù)幀包域和自同步的開始，計數(shù)器908產(chǎn)生了一個在控制總線926上的信號，指示寫控制器902將接收到的域?qū)懭牖虿粚懭霐?shù)據(jù)FIFO402。
基于上文，寫控制器902和讀控制器904使得幀包域通過數(shù)據(jù)FIFO402。寫控制器902通過寫使能(WEN)信號線910，控制數(shù)據(jù)往數(shù)據(jù)FIFO402中的寫入。讀控制器904通過讀使能(REN)信號線912，控制數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)FIFO402中的讀出。當REN和WEN控制線分別有效時，數(shù)據(jù)FIFO402分別被允許可以寫數(shù)據(jù)或讀數(shù)據(jù)。
幀同步子系統(tǒng)406動態(tài)地調(diào)節(jié)存儲在數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)量，以適應(yīng)環(huán)遲滯的變化。如果環(huán)遲滯突然增加，比如是由于節(jié)點故障并且隨后進行了環(huán)回操作，數(shù)據(jù)FIFO402的數(shù)據(jù)量則將被減少，減少的數(shù)量為所丟失靜區(qū)流的數(shù)量。不過由于下一個出現(xiàn)在FIFO402輸出端的幀同步域903在本地幀同步脈沖發(fā)生之前有效地完成了同步，幀同步子系統(tǒng)406自動地校準。結(jié)果當數(shù)據(jù)FIFO402被填充數(shù)據(jù)時，讀操作被暫停，這樣自動地增加先前被減少數(shù)據(jù)的FIFO的數(shù)據(jù)量。
參考圖10和圖11，讀控制器904和寫控制器902保持通過FIFO402的數(shù)據(jù)流的操作將在下文中闡述。圖10表示的是由寫控制器902執(zhí)行的功能狀態(tài)圖，而圖11是由讀控制器904執(zhí)行的功能狀態(tài)圖。在對單個的控制器描述之后，將闡述在異步、分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中幀同步子系統(tǒng)406各部分如何相互作用來維持幀同步的。
參看圖10，寫控制器902的狀態(tài)機1000有三個狀態(tài)復位狀態(tài)1002，寫暫停狀態(tài)1004，和寫狀態(tài)1006。開始，寫控制器902處于復位狀態(tài)1002。寫控制器902可以由于許多原因被復位，比如，當初始化設(shè)備906設(shè)備低閥值922時，當應(yīng)用初始或幀同步子系統(tǒng)406電源中斷，等。
在復位狀態(tài)1002，寫控制器902將寫使能(WEN)控制線910設(shè)為無效，避免了數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)FIFO402中的寫入，到必要條件出現(xiàn)時才允許。完成了初始化過程之后，寫控制器902進入到寫暫停狀態(tài)1004，由狀態(tài)轉(zhuǎn)移線1012表示。
當寫控制器902處于寫暫停狀態(tài)1004時，它保持WEN910控制線為無效狀態(tài)，避免寫的發(fā)生。在這段時間內(nèi)，計數(shù)器908通過計數(shù)器908監(jiān)視往數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)輸入，確定幀包901的哪一部分當前被送到數(shù)據(jù)FIFO402。當幀包901被接收到時，或當計數(shù)器908在幀傳送過程中沒有檢測到幀包，它啟動自同步操作，指示寫控制器902開始向數(shù)據(jù)FIFO402中寫入。當該情況發(fā)生時，寫控制器902從寫暫停狀態(tài)1004轉(zhuǎn)移為寫狀態(tài)1006，由狀態(tài)轉(zhuǎn)移線1014表示。
在寫狀態(tài)1006，寫控制器902將WEN控制線910置為有效，開始將任何接收到的幀包內(nèi)容寫入數(shù)據(jù)FIFO402中。幀包域的寫入一直繼續(xù)到計數(shù)器908指示靜區(qū)907當前已經(jīng)被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入。如上文所述，這表明有效負載域905已被完全寫入FIFO402中，而幀包901用來同步的部分(即，靜區(qū)域907)現(xiàn)在可以使用了。另一方面，如果計數(shù)器908在幀傳送過程中在FIFO的輸入沒有檢測到幀包，那么在寫狀態(tài)1006，寫控制器902將往數(shù)據(jù)FIFO402中寫入填充幀。在這種情況下，計數(shù)器908將仍舊指示靜區(qū)907將會出現(xiàn)在FIFO402輸入的點。
換句話說，不管幀包或填充幀是否被寫入數(shù)據(jù)FIFO402，寫控制器902在幀傳送的部分將轉(zhuǎn)移到寫暫停狀態(tài)1004。這樣，在當前幀包901的靜區(qū)域907被送到數(shù)據(jù)FIFO402或當周期性的自同步發(fā)生時，寫控制器902進入到寫暫停狀態(tài)1004，由狀態(tài)轉(zhuǎn)移線1010表示。結(jié)果，寫控制器902只將幀同步和有效負載域(且不包括靜區(qū)域)寫入數(shù)據(jù)FIFO402中。如果沒有幀包被送到數(shù)據(jù)FIFO402，則寫控制器902周期性地在寫狀態(tài)1004和寫暫停狀態(tài)1006之間轉(zhuǎn)移，在寫狀態(tài)，控制器在最佳的小數(shù)據(jù)量下對FIFO操作，而在寫暫停狀態(tài)下，數(shù)據(jù)FIFO402被減少的數(shù)據(jù)等于靜區(qū)的字的數(shù)量。
參看圖11，讀控制器狀態(tài)機1100有三個狀態(tài)復位狀態(tài)1102，讀狀態(tài)1104，和讀暫停狀態(tài)1106。開始，讀控制器904處于復位狀態(tài)1102。讀控制器904可以由于許多原因被復位，比如以上闡述的相應(yīng)于寫控制器復位狀態(tài)1102的那些原因。在復位狀態(tài)1102，讀控制器904將讀使能(REN)控制線912設(shè)為無效，避免了數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)FIFO402的讀出，到必要條件出現(xiàn)時才允許。完成了初始化過程之后，讀控制器904進入到讀狀態(tài)1104，由狀態(tài)轉(zhuǎn)移線1112表示。
當讀控制器處于讀狀態(tài)1106，讀控制器904將REN控制線912置為有效，并監(jiān)視數(shù)據(jù)FIFO402的輸出。這將保持數(shù)據(jù)FIFO402在一個最佳的最小數(shù)據(jù)量，有時幾乎接近于空，直到幀包被接收到并儲存在FIFO中。當讀控制器904確定幀同步域903將要被從數(shù)據(jù)FIFO402中讀出，讀控制器904便進入讀暫停狀態(tài)1106，如狀態(tài)轉(zhuǎn)移線1114所示。
在讀暫停狀態(tài)1106，讀控制器904設(shè)置REN控制線912為無效狀態(tài)，終止數(shù)據(jù)從FIFO402的繼續(xù)讀出。然后讀控制器處于等待，直到以下兩種情況同時發(fā)生接收到本地幀同步脈沖324，以及數(shù)據(jù)在FIFO402中積累到數(shù)據(jù)量920超過低閥值922。如果本地幀同步脈沖324發(fā)生，且數(shù)據(jù)FIFO402不是準空，那么數(shù)據(jù)FIFO402中就有足夠的數(shù)據(jù)量來安全地執(zhí)行讀操作，而不會引起下溢的情況。當數(shù)據(jù)量920低于低閥值922時，讀控制器904維持在讀暫停狀態(tài)1106。換句話說，當數(shù)據(jù)量920高于低閥值922，接收到本地幀同步脈沖324時，讀控制器將允許數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)FIFO402的讀出。這就避免了下溢情況(即，由于數(shù)據(jù)丟失的漂移)的發(fā)生。這樣，當一個新的幀包911被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸出，而數(shù)據(jù)量920不為準空，讀控制器904則進入讀狀態(tài)1106，由狀態(tài)轉(zhuǎn)移線1110表示。
如果在數(shù)據(jù)FIFO402被數(shù)據(jù)填充到數(shù)據(jù)量高于低閥值922之前本地同步脈沖324就發(fā)生了，讀控制器904將保持在讀暫停狀態(tài)1106，并繼續(xù)積累數(shù)據(jù)，直到下一個本地同步脈沖324的發(fā)生。這樣，當本地幀同步脈沖324發(fā)生且數(shù)據(jù)量920高于低閥值922時，讀控制器904轉(zhuǎn)移到讀狀態(tài)1104，釋放幀同步域903和有效負載域905中的數(shù)據(jù)。當下一個幀同步域被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸出時，讀控制器將回到讀暫停狀態(tài)1106，直到下一個本地幀同步脈沖324的發(fā)生。
寫和讀控制器902，904異步執(zhí)行各自的功能。當然，它們的功能被結(jié)合起來保證幀包從指定的主節(jié)點102a釋放以擴充環(huán)遲滯為幀包的整數(shù)倍。寫和讀控制器902，904保持數(shù)據(jù)FIFO402中的幀包域在最佳數(shù)量，從而在脈沖發(fā)生時被傳送的幀包已準備好，不會引起經(jīng)過主節(jié)點的額外的延遲，或造成該節(jié)點潛在的下溢條件。寫和讀控制器的聯(lián)合操作將在下文中描述。
如文中所述，實現(xiàn)幀同步子系統(tǒng)406的主節(jié)點102a在網(wǎng)絡(luò)第一次初始化時，產(chǎn)生一個初始幀。每個非主節(jié)點接收并再傳送該初始幀，使得各節(jié)點逐個初始化它們的節(jié)點交換機。當初始幀返回到主節(jié)點時，主節(jié)點本身初始化，并知道網(wǎng)絡(luò)中所有其它節(jié)點都已經(jīng)可以進行節(jié)點間通信。主節(jié)點接著發(fā)送一個幀同步域表示整個環(huán)的幀邊界。
當寫和讀控制器902，904各自處于復位狀態(tài)時，WEN和REN控制線910和912被設(shè)置為無效，以防止任何數(shù)據(jù)被存入，或被從數(shù)據(jù)FIFO402讀出。初始化之后，寫控制器902進入寫暫停狀態(tài)1004，而讀控制器904進入讀狀態(tài)1104。沒有數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)FIFO402，直到在數(shù)據(jù)FIFO402的輸入端檢測到幀同步域903，或自同步情況的發(fā)生。即使沒有有效數(shù)據(jù)將被送到FIFO的輸出端，數(shù)據(jù)也要從數(shù)據(jù)FIFO402中讀出。
如果幀同步域903在預定義的等于幀傳送時間(即，125μs)的時間內(nèi)沒有被檢測到，則計數(shù)器908指示自同步事件發(fā)生。這使得寫控制器902進入寫狀態(tài)1006，而讀控制器904保持在讀狀態(tài)1104。這樣被主節(jié)點102a接收的數(shù)據(jù)將被寫入并從數(shù)據(jù)FIFO402讀出，而只有很小或沒有經(jīng)過節(jié)點的延遲，因為數(shù)據(jù)FIFO將為全空。
由于寫控制器902和讀控制器904異步操作，數(shù)據(jù)FIFO402中的數(shù)據(jù)量會向上漂移。當有效數(shù)據(jù)的幀包被接收時，為了避免數(shù)據(jù)FIFO402中有不必要多數(shù)量的填充幀，寫控制器902周期性地停止寫操作，而讀控制器904繼續(xù)讀操作。也就是，如果當寫控制器902處于寫狀態(tài)1006，計數(shù)器908在遞增，而幀同步域903沒有被檢測到，則寫控制器902轉(zhuǎn)移狀態(tài)到寫暫停狀態(tài)1004，但在靜區(qū)域907被送到數(shù)據(jù)FIFO402的時間內(nèi)，允許讀控制器904操作，以減少FIFO402中的數(shù)據(jù)。寫控制器902將不斷在這兩個狀態(tài)間轉(zhuǎn)移，直到幀同步域903被接收到。
一旦接收到幀同步域903，計數(shù)器908將復位，并開始計算寫入數(shù)據(jù)FIFO402的字的數(shù)量。寫控制器將保持在寫狀態(tài)1006，或從寫暫停狀態(tài)1004轉(zhuǎn)移到寫狀態(tài)1006。當計數(shù)器908達到預定義的值，表示幀同步域903和有效負載域905已被寫入數(shù)據(jù)FIFO402，而靜區(qū)域907當前被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸入，則計數(shù)器908指示寫控制器902停止將接收到的幀包901寫入數(shù)據(jù)FIFO402中，因為接收到的靜區(qū)域907不被子系統(tǒng)406傳送。
當幀同步字903被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸出時，讀控制器904進入讀暫停狀態(tài)1006，使得FIFO402開始被填充。當本地幀同步脈沖324發(fā)生時，讀控制器904將幀同步域903和有效負載域905從數(shù)據(jù)FIFO402中讀出。讀控制器904繼續(xù)從FIFO中讀數(shù)據(jù)直到它檢測到被送到FIFO402的輸出的新的幀同步域903。這種情況發(fā)生時，讀控制器停止從FIFO中讀出數(shù)據(jù)，使得填充幀(即，包含無效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)字)被加到幀包中，直到它包含了足夠多數(shù)量的字，該數(shù)量等于幀傳送所需的數(shù)量。這樣，通過停止讀操作，新的靜區(qū)909被有效地產(chǎn)生了。這保證了從主節(jié)點102a發(fā)送的每個幀包911包含用于幀傳送的準確數(shù)量的字。
當本地幀同步脈沖324發(fā)生且SYNCPAE標志為無效，讀控制器904轉(zhuǎn)移到讀狀態(tài)1104，并釋放幀同步域903和有效負載域905。當下一個幀同步域903被送到數(shù)據(jù)FIFO402的輸出，讀控制器904又轉(zhuǎn)移回讀暫停狀態(tài)1106，直到下一個本地幀同步脈沖324發(fā)生。
由于讀控制器904執(zhí)行讀操作時寫控制器902沒有寫(即，丟棄)靜區(qū)907，數(shù)據(jù)FIFO402將被減少一定量的字，大約等于靜區(qū)域907的大小。類似，當讀控制器904在讀暫停狀態(tài)1106而寫控制器902處于寫狀態(tài)1006，F(xiàn)IFO中的數(shù)據(jù)量將增加靜區(qū)域907的大小。因此，為避免數(shù)據(jù)流錯誤的發(fā)生，數(shù)據(jù)FIFO402必須保持一定數(shù)目的字，至少等于靜區(qū)域907中所包含的字數(shù)。
另一個要求是數(shù)據(jù)FIFO402必須包含一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，成為“余量”，它等于環(huán)遲滯和幀的整數(shù)倍之間的差。如果余量少于靜區(qū)域907的大小，那么余量加上完整的數(shù)據(jù)幀(有效負載域905和幀同步域903)被存在FIFO中，因為當脈沖324產(chǎn)生時，數(shù)據(jù)量920將低于低閥值922，使得讀控制器904停留在讀暫停狀態(tài)1106，直到另一個被寫入FIFO的數(shù)據(jù)幀之后的脈沖發(fā)生。另一方面，如果余量大于靜區(qū)域907的大小，那么只有余量將被保存在數(shù)據(jù)FIFO中，因為FIFO402中余量的字數(shù)將一直高于低閥值922，該低閥值是以靜區(qū)域907的大小來設(shè)置的。因此，一旦幀包被接收到，SYNCPAE標志將不會再變?yōu)橛行А?br> 在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，分布式同步系統(tǒng)326包含了在主節(jié)點工作的幀同步子系統(tǒng)406和在每個非主節(jié)點工作的字再同步子系統(tǒng)404。當然，正如熟知相關(guān)技術(shù)的人員容易看到的，分布式同步系統(tǒng)326可分別用幀同步子系統(tǒng)406或字再同步子系統(tǒng)404來實現(xiàn)。當然應(yīng)該指出，應(yīng)用了兩種子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)使得連續(xù)可靠的同步通信在網(wǎng)絡(luò)異步節(jié)點之間進行，而避免了數(shù)據(jù)流差錯以及額外的網(wǎng)絡(luò)延遲。
所以在優(yōu)選實施方案中，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都用兩種子系統(tǒng)來實現(xiàn)。因此FIFO402的大小最好能夠足夠大，兼容這兩種實現(xiàn)方法。FIFO402有16K字節(jié)的容量。它提供給指定的節(jié)點以作為主節(jié)點的容量，并執(zhí)行幀同步。也可以由非主節(jié)點執(zhí)行單獨的字再同步。此外，如果該節(jié)點是工作在非分布式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不需要幀同步，那么可以使FIFO402非常小。在非分布式系統(tǒng)中，其中沿環(huán)的整個傳播時間限制在大約15微秒以內(nèi)，這樣，在任意指定時間內(nèi)，在環(huán)上只有單幀。
雖然本發(fā)明被參考優(yōu)選實施方案特定地描述，但那些熟知本領(lǐng)域技術(shù)的人可以理解，在不偏離本發(fā)明核心和范圍的情況下，可以作形式和細節(jié)的變化。進一步地，文中引入并使用的名詞和短語只是作為描述性詞匯，并不是限制，且在該名詞和短語的使用中，并沒有意向排除任何等同的所示和所述的特點或部分，可以看到，在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)可以作各種修改。
權(quán)利要求
1.用于可擴展電信系統(tǒng)的節(jié)點中的同步系統(tǒng)，包括了在主節(jié)點和每個非主節(jié)點中實現(xiàn)的同步數(shù)據(jù)存儲器，用于保存從源節(jié)點接收到的帶內(nèi)幀包的預定義部分，且從該節(jié)點，信息被再發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的目的節(jié)點；在主節(jié)點實現(xiàn)的幀同步子系統(tǒng)，并以通信關(guān)系與上述存儲器相連，被配置在獨立確定的幀循環(huán)的開始時釋放一個帶外幀包；在所述主節(jié)點和每個非主節(jié)點中實現(xiàn)的字再同步子系統(tǒng)，且以通信關(guān)系與所述存儲器相連，且被配置，用恢復的源節(jié)點時鐘信號控制上述預定義部分的存儲，依據(jù)本地時鐘信號控制上述信息的再發(fā)送；其中所述的幀包包括一個指示新幀包開始的幀同步域；包含有效數(shù)據(jù)的有效負載域；以及提供帶寬的非有效數(shù)據(jù)域，在該域中，同步系統(tǒng)執(zhí)行同步功能。
2.權(quán)利要求1的同步系統(tǒng)，其中幀同步子系統(tǒng)包括一個計數(shù)器，用于產(chǎn)生信號指示帶內(nèi)幀包的哪個部分被送到上述存儲器的輸入端；一個初始化設(shè)備，連接到上述存儲器，用于對上述存儲器設(shè)立數(shù)據(jù)量的閥值；一個讀控制器，連接到上述存儲器，響應(yīng)指示上述存儲器數(shù)據(jù)量是否大于上述閥值數(shù)據(jù)量的信號，從而使能或暫停從上述存儲器中讀取信息，一個主時鐘信號，用于從上述存儲器中讀取信息，包括在上述帶外幀包中，以及幀同步脈沖，該脈沖從網(wǎng)絡(luò)參考時鐘產(chǎn)生，用來觸發(fā)上述帶外幀包的釋放；一個寫控制器，連接到上述存儲器，響應(yīng)上述恢復的源節(jié)點時鐘信號，使能或暫停向上述存儲器中寫信息；上述計數(shù)器，初始化設(shè)備以及讀和寫控制器通過控制總線以通信關(guān)系相連。
3.權(quán)利要求1的同步系統(tǒng)，其中字再同步子系統(tǒng)進一步包括一個計數(shù)器，用于在接收到上述幀同步域之后計算寫入數(shù)據(jù)存儲器中的字的數(shù)量，且復位計數(shù)器，用于產(chǎn)生一個信號來指示當前帶內(nèi)幀包的哪個部分被送到上述存儲器，并根據(jù)所述存儲器輸入端的所述非有效數(shù)據(jù)域的出現(xiàn)，指示讀控制器和寫控制器在計數(shù)器達到一個預定義值時再同步；一個初始化設(shè)備，連接到上述存儲器，用于對上述存儲器設(shè)立高閥值和低閥值；上述讀控制器，連接到上述存儲器，響應(yīng)指示上述存儲器的當前數(shù)據(jù)量是否大小上述低閥值數(shù)據(jù)量的信號，以及主時鐘信號，用于控制從上述存儲器中讀取信息；上述寫控制器，連接到上述存儲器，響應(yīng)指示上述存儲器當前數(shù)據(jù)量是否小于上述高閥值數(shù)據(jù)量的信號，恢復的源節(jié)點時鐘信號，用于控制向上述存儲器中寫信息；其中上述讀和寫控制器功能以聯(lián)合的關(guān)系維持上述存儲器的數(shù)據(jù)量在所述的高和低閥值之間的最佳范圍內(nèi)；上述計數(shù)器，初始化設(shè)備以及讀和寫控制器通過控制總線以通信關(guān)系相連。
4.權(quán)利要求3的同步系統(tǒng)，其中上述讀和寫控制器的功能有效地彌補了所述恢復源節(jié)點時鐘信號和上述本地時鐘信號之間的相位差異，方法是，根據(jù)所述恢復的源節(jié)點時鐘信號接收和保存數(shù)據(jù)，而根據(jù)所述本地時鐘信號再發(fā)送數(shù)據(jù)。
5.一個電信交換機，它可以作為一個可擴展電信系統(tǒng)中的節(jié)點，該交換機包括一個或多個用于動態(tài)地連接或斷開多個端口的各個之間通信路徑的節(jié)點交換，并在節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收成組信息，該節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)用于提供該電信交換機和上述系統(tǒng)有關(guān)的其它節(jié)點之間的通信；及一個字再同步子系統(tǒng)，包括了存儲器和控制器，其中所述存儲器在主節(jié)點和每個非主節(jié)點中實現(xiàn)，用于保存從源節(jié)點接收到的帶內(nèi)幀包的預定義部分，并從中得到包括在帶外幀包的信息，上述用于控制通過上述存儲器信息流的控制器響應(yīng)存儲器的隨時間變化的數(shù)據(jù)量，并將該數(shù)據(jù)量保持在預定義的最佳范圍之內(nèi)。
6.一個可擴展電信系統(tǒng)中節(jié)點內(nèi)同步數(shù)據(jù)的方法，該方法包括以下步驟(a)在主節(jié)點，在獨立確定的幀周期的開始發(fā)送第一個幀包，其中所述的第一個幀包包括一個幀同步域，指示所述的第一個幀包的開始，一個有效負載域，包括了有效數(shù)據(jù)，以及一個非有效數(shù)據(jù)域，提供了用于執(zhí)行同步功能的帶寬；(b)在第一個非主節(jié)點，在一個存儲器中保存所述的第一個幀包的預定義部分，并從上述存儲器中恢復，再發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的另一個非主節(jié)點或主節(jié)點的信息；(c)在每個非主節(jié)點重復步驟(b)，直到所述的第一個幀包返回到所述的主節(jié)點。
全文摘要
一個新型的分布式同步系統(tǒng),用于分布式異步電信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的每個節(jié)點,它連續(xù)地監(jiān)視和控制經(jīng)過工作節(jié)點的數(shù)據(jù)流,防止由于源節(jié)點和目的節(jié)點間相位和頻率差異造成的數(shù)據(jù)流差錯,使得整個環(huán)遲滯為幀包的整數(shù)倍,支持同步數(shù)據(jù)的傳送。一個同步數(shù)據(jù)FIFO,用于保存從源節(jié)點接收到的特定幀包的預定義域或部分,并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的目的節(jié)點。該幀包包括一個幀同步域,指示新幀包的開始,一個有效負載域,包括了有效數(shù)據(jù),以及一個靜區(qū)域,提供了帶寬,在該時間內(nèi),本發(fā)明執(zhí)行同步功能。一個幀同步子系統(tǒng),在指定的主節(jié)點實現(xiàn),不管環(huán)遲滯,保證幀在獨立確定幀的開始被釋放。一個字再同步子系統(tǒng),管理經(jīng)過每個非主節(jié)點的數(shù)據(jù)FIFO的數(shù)據(jù)流,以源節(jié)點時鐘速率接收和保存數(shù)據(jù),并依據(jù)它自己的時鐘發(fā)送數(shù)據(jù),從而保證了異步通信節(jié)點間的有效的數(shù)據(jù)接收和傳送。
文檔編號H04L12/42GK1196852SQ97190323
公開日1998年10月21日 申請日期1997年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月29日
發(fā)明者S·K·艾斯霍爾茨 申請人:埃克斯塞爾開關(guān)公司