CN1439205A - 同步光网络环上等时的和突发数据的传输 - Google Patents

Abstract

一种在SONET/SDH光纤环中增加插/分多路复用等时通信信号，比如话音和视频信号，和非等时通信信号，比如数据，利用SONET技术有效地传递数据和话音信号的方法和装置。SONET/SDH帧结构(STS－1、STM－1等等)的一部分被与光SONET/SDH环(直接或者在SONET/ADM后面)连接的多个节点共享。SONET/SDH帧的这一固有列结构被用于在这些节点之间定义动态信道(灵活的带宽信道)。每个动态信道都能够分配一个优先级，以及随意地一个最小带宽。用作带宽请求判决器的中央带宽管理器为数据通信信号动态地改变列映射的信道。等时通信和最大限度的数据通信可以在STS－1帧里进行，从而允许超额预订和统计STS－1帧未被分配的部分上的数据信道的多路复用。

Description

同步光网络环上等时的和突发数据的传输

发明背景

本发明涉及多路复用信道中的数据通信。

SONET/SDH(同步光网络/同步数字系列)标准是在以传统的铜为基础的传输设备的基础之上发展起来的，用作光纤基础设施上的话音通信的下一代/宽带传输手段。

采用了物理层技术的第一代数字传输设备包括三个地区的数字信号系列。北美系列包括DS0(64kb/s)、DS1(1.544Mb/s)、DS1c(3.152Mb/s)、DS2(6.312Mb/s)、DS3(44.736Mb/s)、DS3C(91.035Mb/s)和DS4(274.176Mb/s)信号。欧洲系列包括E0(64kb/s)、E1(2.048Mb/s)、E2、E3和E4信号。日本系列类似于北美系列，但是区别是速度更高。上面列出来的所有速率和格式都是基本数字话音信号的整数倍(4kHz的音频带宽，以8000个样本每秒的奈奎斯特速率采样，经过编码成为一个8比特的PCM信号)。在过去的一些年里，数字传输设备的主要目的是传递数字话音信号，在上面列出的系列中，这些数字话音通信信号以不同的速率进行多路复用。

对于较高的信号速率，在物理层上采用宽带光纤链路来进行通信。今天大部分的这种宽带光纤通信都是建立在SONET/SDH系列标准的基础之上的(SDH本质上是对应于SONET的国际标准)。这些标准提供机制以支持在较高速度的SONET“管道”中传输数字化的话音信号流，这种较高速度的SONET“管道”是多路复用的低速通信信号合成的信号流。一系列的Bellcore和ANSI规范规定了有效载荷容器的数据格式(通常叫做虚拟附属设备，也就是VT)，用来在光纤链路上的高速同步通信中支持传统的通信速率(DS1、DS1C、DS2和DS3，它们叫做PDH，也就是准同步数字系列)。按照这种虚拟附属设备方法，不管速率如何，数据和话音信号都被映射成虚拟附属设备的严格系列，它们可以被连续地多路复合成更多合成的数据流。

参考图1，SONET标准通信利用环形系列结构，其中的多个通信节点用光链路连接起来形成一个环。SONET环110一般都有多个节点，每个节点都包括一个插/分多路复用器(ADM)120。每个节点都用光路径122与两个相邻节点连接。通信信号作为一系列固定长度的同步数据帧通过这个环。在这个环上的每个ADM 120设置成在环路规定的时间不加改变地让一部分通信信号通过，以提取(分出)指定给这个节点的部分通信信号，同时将离开这一节点的通信信号插入到这个光路上去。分出和插入的通信信号通过ADM和本地通信设备，比如多路复用器130，它多路复用多个分离的通信信号流134。例如，这个单独的通信信号流134可以是1.5Mb/s(DS1)数据流，在这个数据流上面多路复合了64kb/s(DS0)的电话信道信号。这个DS1数据流被多路复合到这个光路上，并通过SONET环上的特定的节点。一般情况下，规定SONET环110在成对的通信信号流134之间提供固定速率的双向通信信号流(也叫做虚拟路径)，它们中间的每一个都跟这个环上一个不同的ADM120连接。在工作的时候，连接不同通信信号流134的这些虚拟路径，包括分配给它们的数据速率，通常在很长的时间段内维持固定。

人们采用了多种SONET环。在UPSR(无方向通路交换环)中，这些节点之间的所有通信信号都按同一个方向绕这个环行进。在另一种环中，也就是BLSR(双向线路交换环)中，这个环上两个节点之间的通信信号在两个方向上行进，用两个无方向光链路将每一对相邻节点连接起来。

将标准速率数据流多路复用成更高速率数据流的过程是SONET通信的基本特征。多路复用的数据流以特定的数据速率在SONET环中的节点之间通过。参考图2，其中给出了标准速率数据流，以及作为SONET标准部分的数据流的多路复用的一个层次结构。在最低的速率上，VT 1.5虚拟附属设备220支持1.5Mb/s数据率。这是普通的DS1(T1)业务的数据速率，该速率能够支持多达24个单独的64kb/s(DS0)的数据流。VT2虚拟附属设备222支持2Mb/s的数据，和VT6虚拟附属设备224支持6Mb/s的数据。这些虚拟附属设备通常都是ADM上插入和分出的最小通信信元。虚拟附属设备可以结合成一个虚拟附属设备(VT)群230，它可以包括4个VT 1.5，2个VT2或者1个VT 6虚拟附属设备，整个VT群都可以在一个ADM上插入和分出。

在不同的SONET环结构中，光链路上的通信信号可以具有不同的数据速率，并且采用各种形式的多路复用。在一种模式中，一系列同步帧中每一个帧都包括一个同步净荷封包(SPE)240，它们可以被用来在SONET节点之间传递45Mb/s的数据。该SPE可以支持45Mb/s的原始数据速率，或者能够被用来传递7个VT群。在STS-1帧250中依次传递SPE，它将控制和系统开销数据插入到SPE中传送出去。可以将STS-1帧光学编码为OS-1信号280，以通过光链路传送，或者将3个STS-1帧多路复用成一个STS-3帧260，并经过光学编码形成一个OC-3信号，通过更高容量的光链路传送。该STS-3帧还能够传递串联的STS3c有效负荷封包252，用于传递140Mb/s的信号。可以对STS-3帧进行进一步的多路复用，例如将4个STS-3帧多路复合成一个STS-12帧270，然后依次进行光学编码，形成一个OC-12信号284。同样，一个SONET帧可以是编码成OC48光信号的一个串联STS-48c帧，其中单个的SPE计算整个OC48的有效负荷。

参考图3，对于STS-1帧情形，STS-1帧310的每一序列包括一个SPE 330。每个STS-1帧通常都被抽象成90列乘以9行8比特字节的阵列。作为一个信号，这些行一个接一个地串联起来，形成一个线线信号。每个SPE 330都包括87列乘9行，剩下的3列STS-1帧用作控制和系统开销数据。在传输过程中，SPE不一定要跟STS-1帧对齐。每个STS-1帧都有一行和开销区域320，其中包括指向SPE第一个字节的一个指针。

每个SPE 330的大小都是87列乘以9行。SPE的第一列是一个STS路径系统开销340。当这个SPE中有7个VT群350的时候，这些VT群中的每一个都用了12列：留下没有使用的额外2列，用来填满87列SPE。如果SPE的内容不是一组VT群，那么就可以将剩下的全部86列用作数据。

如上所述，每个VT群350都能够多路复用一个或者多个相同大小的虚拟附属设备。在图3中绘出了一个VT群包括4个VT 1.5虚拟附属设备360。每个虚拟附属设备370的第一个字节都被用作这个虚拟附属设备的控制信息。虚拟附属设备四个连续帧的第一个字节的内容被组装到这个虚拟附属设备的一个四字节控制信息中。

在过去的几年里，因特网通信量的爆炸式增长以及将地理上不相连接的地方进行无缝联网这种不断增长的需求已经导致了数据通信量的迅猛增长。今天，这种数据通信很大程度上是利用了SONET基础设施的这种虚拟附属设备。目前这种数据通信的量一般都超过了话音通信量。

用来与SONET基础设施交换数据的LAN干线和接入技术一般都支持除了上面描述的PDH数字信号系列以外的不同的数据速率。今天正在使用的这些技术以及将来将出现的那些技术包括以太网(10Mb/s)、快速以太网(100Mb/s)、千兆位以太网(1Gb/s)、帧中继、ATM、DSL和线缆。映射到传统虚拟附属设备速率的数据流的速率和格式的变化会大大降低SONET帧中剩余不用的“绞合”频带的频带利用率。以外，现在正在使用的同步数字信号系列在设计的时候是针对节点之间数据流数据速率的静态分配而设计的，因此不是特别适合于灵活处理数据通信的突发特性。例如，SONET环可以被设计成保证在特定节点之间具有最大的数据速率，这样会使得将一对节点之间没有使用的容量用于另外一对节点之间的数据通信非常困难。

这些数据传输问题的一些解决办法建立在今天在网络中传递数据的主要联网协议基础之上，也就是建立在IP(因特网协议)和ATM(异步传输模式)的基础之上。具体而言，已经有人提出了在SONET基础设施上传递数据的两种方法。前面描述了这两种方法，这两种方法的共同主题在于保留了SONET环互连的拓朴环结构，并且支持这种基础设施中的冗余和保护交换。

第一种方法，ATM虚拟路径(VP)环，它建立在Bellcore标准GR-2837-CORE的基础之上。按照这个标准，将ATM用作SONET环环境中数据和话音信息流多路复用的协议。将ATM功能性地集成在每个节点的SONET传输设备中。然后，通过SONET环的所有信息流被调整为ATM固定长度信元。这些ATM信元流被当作连续的字节流，作为一个SONET SPE整体的有效负荷数据。在这个环的各个节点之间提供ATM虚拟路径来终止不同的信息流。也就是说，在这个环中特定的节点对之间指配特定的数据速率用来进行通信。基于ATM的典型ADM有2个逻辑层：一个SONET成帧器/去复用器，用来传递一个STS-N净荷封包；一个ATM VP多路复用器/去复用器，用来从SONET净荷封包中提取适当的虚拟路径。为了在基于ATM的基础设施上支持基于IP的通信，采用LANE、MPOA和MPLS这样的相关技术。

为了保持固定的速率，同时保留SONET的时分复用(TDM)特性以传输话音信息，GR-2837-CORE还规定了一种混合解决方案。在这种混合解决方案中，将STS-N环中的一个或者多个STS-1信道保持的ATM/VP环，剩下的STS-1信道用于传递传统的TDM信息。

通过SONET基础设施传递数据的第二种方法叫做动态分组传输(DPT)。这种方法将IP作为基本的多路复用技术来取代ATM。与ATMVP环方法相似，这种DTP方法用基于IP的路由器替换每个SONET节点中现有的传输基础设施。DPT定义了一个第二层协议，叫做空间复用协议(SRP)，用于在环的节点之间传输IP数据报。SRP允许在节点环的不同部分复用环带宽。还规定了叫做SRP公平性算法(SRP-fa)的一个辅助算法，以便在环形拓扑结构中在各个节点之间公平地共享带宽。

发明概述

传统的SONET设备有几个必不可少的特性，包括互用性和故障快速恢复能力。这种SONET帧结构，以及规定的传输和路径系统开销字节为互用性提供了基础，并且提供了故障管理和保护交换的机制。但是，这种SONET帧结构、虚拟附属设备方法和有效负荷映射并不是非常适合于用与SONET信号系列不匹配的速率传递数据，或者说不是非常适合于呈现出突发性或者随时间变化的速率。

一般而言，本发明提供一种方法和装置，在SONET/SDH光纤环结构中通过对等时通信(比方说话音和视频通信)以及非等时通信(比方说数据)进行插/分多路复用，利用SONET技术来有效地传递数据和话音信息。SONET/SDH帧结构(STS-1、STM-1等等)的一部分被(直接或者在SONET/ADM后面)与一个光SONET/SDH环连接的多个节点所共享。将SONET/SDH帧的固有列结构用于确定这些节点之间的动态信道(带宽可变的信道)。每个动态信道都能够分配一个优先级和随意的一个最小带宽。数据通信的列变换的信道是由中央带宽管理器动态地改变的，这个中央带宽管理器被用作带宽请求的一个判决器。等时通信和最大限度的数据通信都可以在一个STS-1帧内进行，从而允许超额预订和统计在STS-1帧没有分配的部分上的数据信道的多路复用。

总的来说，一方面，本发明是一种方法，用于在通信系统的多个节点之间进行通信，在这样的通信系统中，一系列固定长度的帧在系统的节点之间传递。该方法包括提供这一通信系统，该系统包括在每个帧中分配一个固定部分。这个固定部分包括该帧的第一部分，用于在节点之间传递控制信息，还包括第二部分，用于通过在这些节点之间动态地分配的多个信道来传递数据流。在这个系统的第一个节点上，该方法包括(1)为第二个节点和第三个节点之间动态地分配的信道接收一个通信请求，包括在收到的帧的第一部分从第二个节点接收请求数据，(2)将这些帧第二部分的一部分分配给所述动态分配的信道，和(3)针对这个请求广播一个响应，包括在一帧的第一部分发送控制数据。在第二个节点中，该方法包括(1)接收第一个节点发送的控制数据，(2)确定分配给所述动态分配的信道的每一帧的第二部分的那一部分，(3)通过所述动态地分配的信道发送一个数据流给第三个节点，包括在一系列帧中每一帧第二部分的所述部分传递的数据。

该方法可以包括一个或者多个以下特征：

给在第二个节点和第三个节点之间动态分配的信道接收请求，包括接收分配一个通信会话在第二个节点和第三个节点之间传递数据流的请求。

接收以请求分配通信会话，包括为所述通信会话接收一个优先级。

给在第二个节点和第三个节点之间动态分配的信道接收该请求，包括接收请求，以改变以前在第二个节点和第三个节点之间分配的通信信道分配的容量。

将这些帧第二部分的那一部分分配给所述通信信道，包括修改的已分配的多个通信信道的容量。

固定部分包括分配给这些节点之间用于固定速率信道的第三部分。

第三部分由所述帧的非连续的列组成。

该通信系统包括一个SONET网络，以及每一帧包括一个同步净荷封包(SPE)，其中分配的每一帧的固定部分包括分配的每一帧的SPE的一部分。

该SPE的部分是整个SPE，包括一个虚拟附属设备群，或者包括一个虚拟附属设备。

提供的通信系统还包括将SPE的一部分分配给传统的SONET虚拟附属设备，从而使SONET网络通信容量的一部分用作静态分配的虚拟路径上的传统通信。

该帧的第一部分和该帧的第二部分都是SPE的整数列。

分配这些帧第二部分的一部分包括分配这个SPE整数列的9字节列。

另一方面，总的来说，本发明是一种方法，用来在SONET网络的节点之间传递数据。该方法包括提供SONET网络，包括识别SONET网络上传送的同步帧的一个固定部分，用来在这些节点之间传递数据。这个固定部分包括这个帧的第一部分，用于在这些节点之间传递控制信息，还包括第二部分，用来通过这些节点之间动态地分配的信道传递数据流。这个方法还包括建立多个通信信道，用于在这些节点之间传递数据，将每个通信信道跟多个终接节点联系起来，其中该通信信道包括将第二个节点与第三个节点连接起来的第一个通信信道。该方法包括在第一个节点确定每个通信信道的帧的第二部分中的一部分的分配，然后从第一个节点向其它节点广播这一分配，包括在一个或者多个帧的第一部分传递信息。该方法还包括，在第二个节点和第三个节点中的每一个节点上接收帧的一个序列的第一部分中的控制信息，并对收到的控制信息进行处理，以确定这一帧中分配给第一个通信信道的那一部分。第二个节点从这个网络接收第一帧，将传送给第三个节点的数据插入到分配给第一个通信信道的第一帧的那一部分，并将第一帧发送给这个网络。第三个节点从这个网络接收第一帧，从分配给第一个通信信道的第一帧的这一部分提取数据。

该方法还可以包括从第二个节点向第一个节点发送一个请求，以改变第一个通信信道分配的容量，并且在第一个节点上接收这一请求，确定对这些通信信道的帧的第二部分的分配进行更新，广播控制信息给其它节点以解码对分配的更新。

另一方面，总的来说，本发明是一种通信系统，它包括用通信路径连接起来的多个节点，其中这些节点中的一个以及每一个节点是一个判决器节点。该系统包括一个成帧器，用于从这条通信路径接收一系列的通信帧，沿着这条通信路径发送这些通信帧。该系统还包括电路用来识别这些通信帧中每一帧的控制信息，还包括电路利用识别的控制信息用来确定分配的位置和每一个通信帧的一部分的大小，它被分配给通信信号流中选定的一个，还包括电路用来在选中的流的确定位置将选中的通信信息流的数据插入通信帧。

该系统还可以包括电路用来插入请求在传输之前改变这一通信帧中为通信信息流分配的大小。

本发明具有几个优点，包括以下优点中的一个或者多个。

包括传输/路径系统开销的标准(STS-N)SONET帧结构得以保留。

可以消除映射到SONET STS-1帧的虚拟附属设备的系列的特征。一个SONET STS-1帧可以当作单个单片帧，构成86列有效负荷，加上3列传输开销(段和行系统开销)，以及1列路径开销。STS-1帧的有效负荷部分可以按照需要划分成各种数据/话音数据流。STS-3c帧有260列有效负荷带宽可用，还不包括10列段/行/路径系统开销。同样，在一个STS-48c SPE中有效负荷有4160列(从总共4320列中减去160列传输和路径系统开销以后)。

带宽的分配间隔不限于虚拟容器的尺寸，也就是VT1.5(T1)、VT2(E1)等等。例如，分配的间隔可以等于一个SONET帧(64×9＝576kb/s)的1列。

SONET带宽的管理不限于静态分配。为了简单起见，可以保留静态TDM分配，以支持传统的电路交换话音信号流。

与ATM VP方法进行比较，系统开销导致的带宽损失较小。每个ATM信元都利用5个字节的信元报头和48字节的信元有效负荷(几乎是10％的系统开销)。当封装IP数据的时候，例如利用LLC/SNAP报头(在RFC 1483中定义)，系统开销会导致更多的带宽损失。与此相反，本发明中每个STS-N帧的每个动态信道都可以少使用一个字节或者更少的系统开销，在这一帧中可以给动态信道分配多列。按照本发明使用STS-3c帧的时候，这样做系统开销小于1％。

在整个SONET帧(STS-1或者STS-3C或者STS-12C)都用来传递ATM信元的方法中，话音和其它TDM通信信号需要首先转换成ATM。这一点要求有其它电路。还有，分组数据通信，比如IP和帧中继，需要利用分段和重新组装引擎转换成ATM。相反，在本发明中，TDM数据可以利用SONET帧中传统的VT方法来传递，而不需要进行格式转换，也可以不分段和重新组装就发送IP和帧中继数据。

本发明利用IP给网间互通提供一种自然的方法。不是象当前将ATM用于所有通信的方法一样，映射LAN不需要复杂的协作协议，比如UNI信令和ILMI这样的ATM协议辅助的LANE、MPOA规程。

自然的广播和多复传播通信可以通过让两个以上的节点共享一个数据信道来实现。一个节点可以将数据插入到这个信道中去，多个信道可以从这个信道分出数据。因此，可以支持为以太网这样的多址媒体设计的协议，而不需要运行大量的电路，不象ATM VP环方法中所必需的那样。

统计多路复用和超额预订是通过利用中央带宽判决器来实现的。在这种ATM VP环方法中，这些VP可以配置成使得配置的所有VP的PCR(峰值信元速率)的总和超过链路速率。但是，在环结构中实现的这种方式会发生一个或者多个上行信息流装置会抬升环路带宽这样的问题，从而使下行信息流装置带宽不够。还有，采用最大限度的通信级会导致上行信息流装置不公平地使用带宽。

在所有通信信号都是作为IP数据报传递的方法中，传统的电话、视频和其它非IP数据都被转换成IP数据包。等时通信的延迟和其它服务质量QOS保证将随后被强制成跟IP框架一样。在本发明中，等时通信是SONET帧中的时分多路复用，因此当然支持保证的固定数据速率。

典型的SONET接入/城域环具有某些关键特性，它们不同于传统的数据网络。通信模式从各个客户位置灌进一个中心局。例如，环上的各种装置通过一个服务提供商对不同机构提供接入服务。本发明为中央管理提供一种自然的方法，还提供明确的接入和使用控制。

从以下说明和权利要求能够了解本发明的其它特征和优点。

附图简述

图1是SONET环的一个框图，在这个环的节点上具有插/分多路复用器；

图2说明SONET信号的系列结构；

图3说明一个SONET STS-1帧的结构，它复用了多个虚拟附属设备中的信号；

图4是一个SONET环的框图，其中的带宽由环上的一个判决器动态管理的；

图5A说明一个SONET STS-1帧的结构图，它包括动态管理的一些段；

图5B说明一个SONET STS-N帧的结构，它包括动态管理的一些段；

图6说明一个节点的部件的框图；

图7是这个系统整个工作过程的一个流程图；

图8是规定步骤的一个流程图；

图9是配置步骤的一个流程图；

图10是带宽分配步骤的一个流程图；和

图11是信道指配步骤的一个流程图。

发明详述

参考图4，在一个实施例中，在一个SONET环410中通过光链路422将多个SONET节点420(标示为A-D)连接起来。在这个实施例中光链路422按照STS-1帧利用OC-1信令按照一个标准的帧格式传递信号(见图2中给出的STS-1方框250和OC-1方框280)。在另外的实施例中，光链路422能够以更高的标准速率传递信号，例如利用具有OC-3信令的STS-3帧结构，或者OC-12信令的STS-12帧结构。下面集中描述STS-3有效负荷的STS-1，但是，这一方法还可以应用于所有的SONET速率。在图4中，SONET环410是一个UPSR(无方向通路交换环)，其中节点之间的所有通信信号都朝一个方向行进。在另一个实施例中，采用其它类型的环，比如BLSR(双向线路交换环)，其中这个环上节点之间的通信信号在顺时针方向和逆时针方向这两个方向上行进。

除了在节点420之间的标准速率虚拟附属设备432上传递数据以外，根据本发明，SONET环410通过节点之间的TDM(等时时分多路复用)信道434和动态信道436传递数据。TDM信道434和动态信道436不限于图2所示SONET信号系列结构中的速率。例如，TDM信道434可以具有低于VT1.5虚拟附属设备1.5Mb/s的速率。具体而言，TDM信道可以少到只使用一个STS-1列，从而使数据率为576kb/s。可以在提供了SONET环410以后给不同节点之间的通信重复地分配动态信道436，此外，分配给任意特定动态信道436的数据速率可以动态地改变，例如，为了适应节点之间突发性通信所需要的时变数据速率。

在这个实施例中，通过共同使用节点420之间否则会被用来发送一个或者多个标准虚拟附属设备信号的一部分帧，TDM信道434和动态信道436与标准VT通信信号共存。例如，这个TDM和动态信道可以一起使用一个STS-1帧中的一个VT群，从而与这一帧中的其它VT群共存，与其它的STS-1帧共存，如果这些STS-1帧被多路复合进STS-3，或者有更高速率的帧。可选择的，这些TDM和动态信道可以使用一个STS-1帧的整个SPE，或者一个STS-3帧的整个SPE-3。在另外一些实施例中，所有或者一些节点420可以专门使用TDM信道434、动态信道436或者TDM和动态信道的组合。

为了动态地管理这些TDM和动态信道，在提供这个环的时候将一个节点420分配为判决器节点。剩下的使用TDM和动态信道的节点是客户节点。在图4中，节点A是判决器节点，剩下的节点是客户节点。从一个客户节点发送为特定节点之间分配动态通信信道的请求给这个判决器。这个判决器通过分配动态信道给特定节点，以及通过调整为动态信道分配的速率来响应这些请求。

参考图5A，TDM信道434和动态信道436(图4)采用标准STS-N帧结构。如图5所示，在这个实施例中，除了STS路径系统开销340一个列以外，将一个完整的STS-1 SPE(同步净荷封包)330用作动态帧530。动态帧530包括TDM和动态信道以及它们的有关系统开销。如上所述，在另外的实施例中，用更大的STS-N帧来传递TDM和动态信道。如图5B所示，在这些可选的实施例中，动态帧530可以使用的比完整的STS-N SPE 560少。总而言之，动态帧530使用的比完整的STS-1 SPE或者STS-N SPE少，例如使用一个或者多个VT群，每一个VT群12列。但是，由于动态帧的大小减小，动态帧用于系统开销所需要的部分会增加。如果动态帧只有12列大小，那么系统开销就至少占动态帧的1/12，也就是几乎10％。

在图5A和5B中，STS帧的分段被基本描述成连续的列。一般来说，各个部分的列在物理上是交替放置。例如，TDM信道的列可以均匀地分布在整个这一帧中。

在图5A中，STS-1 SPE 330包括一个动态帧510，它被用于TDM和动态信道。利用STS SPE帧的一个标准部分保持了与标准SONET设备的兼容性。例如，不是SONET环410(图4)上的所有节点420都需要识别动态帧510的内部结构；只有动态帧里终接特定信道的那些节点，还有判决器节点，才需要识别这一结构。例如，在一个STS-12SONET帧中，特定的STS-3可以按照本发明中描述的一样进行动态管理，而其它的STS-3c可以包括ATM通信信号或者传统的VT通信。

还是参考图5A，动态帧510包括3个部分。在这个实施例中构成3列的一个动态帧系统开销部分520被用于在节点420和判决器节点之间传送动态带宽管理信息。例如，客户节点的带宽请求和判决器节点的响应在动态帧系统开销部分520中传送。在另外的实施例中，这些段的字节位置和字段可以不同。

第二部分，TDM段530，被用于静态地配置节点之间的等时电路。在一个实施例中，为传统虚拟附属设备多路复用保留TDM段530，具有一个VT 1.5的最小间隔。在另一个实施例中，TDM段530包括以一列为单位分配的电路。在这两个实施例中的任意一个实施例中，TDM通信的列的数量由固定速率信道的静态规定所确定。

第三部分，弹性部分540，支持动态地分配，通常都用来传递突发性数据的信道，从而从动态地分配它们的速率来支持速率变化获得好处。弹性部分540包括一个固定数量的动态信道。在任何时候，每个动态信道都被分配为零或多个弹性部分列540，并且用于在两个或者多个节点420之间进行通信。每个动态信道都与动态帧系统开销部分520中的特定控制信道相联系。

帧系统开销部分包括保留下来用于为帧中支持的各种TDM信道传递VT信息的字节。一个OAM&P信道528，动态帧系统开销部分520的最后一个字节，它被保留为OAM&P消息。对特定动态信道的分配用来在特定节点对之间进行通信的请求和响应通过OAM&P消息传递信道传递。控制信道524用于从各个节点向判决器节点传递修改分配的信道的容量的请求，从判决器向这些节点传递信息说明为每个动态信道分配的容量。一个控制信道524与弹性部分540中的每个动态信道相关联。VT系统开销字节522和OAM&P信道528之间的动态帧系统开销520的这一部分保存了一系列相等大小的控制信道524。在这个实施例中，每个控制信道524都是8比特大小，从而在3列乘9行的系统开销部分520中为最多25＝3×9-2个突发性信道提供控制信道。在另外的实施例中，每个控制信道可以使用不同数量的比特。例如，6比特控制信道在3个系统开销列中提供33个突发性信道。还有，在其它实施例中，例如在采用更大STS-N帧的实施例中，动态帧系统开销部分520用另外的列来支持更多的控制信道。

还是参考图5A，每个控制信道524都包括两个部分，一个请求部分(REQ)526和一个允许部分(GNT)527。由一个客户节点420(图4)设置REQ 526，以向判决器请求获得额外的带宽用于对应的突发性信道。GNT 527由判决器节点设置，为被请求的信道提供带宽。REQ和GNT的值被编码，从而减少控制信道需要的比特数。在这个实施例中，控制信道524是8个比特，REQ 526是3个比特，GNT 527是5个比特，REQ和GNT的值按照如下方式编码：

REQ          请求获得的带宽

000          不需要任何带宽

001          解除分配1列

010          解除分配3列

011          解除分配6列

100          分配1个附加列

101          分配3个附加列

110          分配6个附加列

111          分配10个附加列

GNT          允许的带宽

00000        不分配任何带宽

00001～11110 分配的列的数值

11111        将能够使用的所有列分配给这个信道

另外的实施例采用REQ和GNT的不同编码方式，可以为这些字段分配不同数值的比特。

参考图7，这一系统的操作过程包括七个步骤。首先，SONET环410采用标准SONET规定技术(步骤710)。在这一步骤的结束后，每个节点420能够识别它收到的STS帧中的动态帧520。下一步进行配置，在这个步骤中确定参加利用动态帧的通信的节点的节点标识，还要进行TDM和动态信道的其它初始配置(步骤720)。这一配置步骤完成以后，这些节点就能够在配置步骤里建立起来的TDM和动态信道上进行通信。在操作的过程中，节点有时会启动带宽分配步骤，请求改变分配给一个已有信道的带宽(步骤730)，或者启动一个信道分配步骤，将信道分配给特定的节点进行通信，或者如果不再需要一个信道，就释放这个已有信道(步骤740)。

参考图8，在提供SONET环410的过程中，每个节点420接收需要的信息以在收到的每一个STS帧中识别动态帧520(步骤810)。用标准的SONET规定的技术将这一信息发送给这些节点，例如通过从一个中央提供的节点在SONET数据通信信道(DCC)中将控制信息传递给这些节点中的每一个节点。

参考图9，一旦每个节点能够识别到达这个节点的STS帧中的动态帧，这些节点就开始配置步骤720。在这个步骤中，这些节点通过OAM&P信道528和控制信道524交换消息。首先，每个节点420确定它的节点ID，它是这个节点在SONET环410上的一个独一无二的数字标识符(步骤910)。在这个步骤开始的时候，已经选择了判决器节点，例如在提供环的过程中或者在此之前。节点ID从1开始按顺序分配给判决器节点，按照预定方向沿着这个环按顺序增大。在这个实施例中，这个判决器节点通过OAM&P信道528发送一个ID分配消息给它的相邻节点。这个相邻节点接收该消息，和分配给它的节点ID。然后这个相邻节点增大消息中的ID，将这个消息前向发送给它的相邻节点。这一过程继续下去，直到经历了整个环，并且判决器节点从最后一个节点收到了ID分配消息。在这个实施例中，SONET环410按照工作信道的方向经历一遍。在利用双向环的另外的实施例中，按照约定，在顺时针方向上经历这个环。其它的实施例可以用其它方法来分配独一无二的标识符给这些节点。例如，这些ID可以在提供阶段之前分配，也可以在提供阶段中分配。

在下一个配置步骤中，判决器节点通过OAM&P信道528将与动态帧的结构有关的信息发送给客户节点(步骤920)。这一信息包括动态帧系统开销部分520的大小信息(见图5)，动态信道的数量，以及每个控制信道的大小524。判决器还发送与TDM信道434有关的静态信息，包括TDM信道的数量，分配给它们的速率，以及信道的终接节点。注意，TDM信道以及动态信道，可以具有两个以上的终接节点，例如，如果这个信道是用于广播通信的。与TDM信道有关的静态信息包括TDM段530的大小，或者每个节点从TDM信道的数量和大小来计算这一大小的有效信息。动态帧510中剩余的空间被用作弹性部分540。

下一个可选的配置步骤中，判决器节点将多个动态信道436分配给特定的节点(步骤930)。这一点包括判决器节点通知动态信道的每个终接节点，并且为每个动态信道分配初始的数据速率。这一分配的单位是动态帧的列。注意，一开始可以将特定的动态信道分配为没有容量(0列)。客户节点通过确定TDM段530的结尾来计算动态信道的开始列，然后将分配给具有较低识别数的所有其它动态信道的列的数量加起来，确定这个信道相对于这个TDM段结尾的信道分配的开始。

参考图7，在提供(步骤710)和配置(步骤720)以后，每个节点都知道这个节点上有哪些TDM和动态信道终止，并且将这一部分动态帧分配给这些信道中的每一个信道。

在工作的过程中，每个节点420的功能都是TDM和动态信道的插/分多路复用器。也就是说，这个节点提取在这个节点终接的TDM和动态信道数据，并且将出去的数据多路复用到环上的那些信道。在这些节点收到的配置信息的基础之上，每个节点都了解在那个节点哪些TDM和动态信道被插/分。

在操作的过程中，以前分配的信道可以被重新分配(步骤730)。参考图10，客户节点通过在与这个动态信道相关的控制信道524(图5A)的REQ 526设置适当的值，请求为某个动态信道分配带宽(步骤1010)。将这一具有REQ值的帧从客户节点传递给判决器节点，该节点提取REQ值。然后这个判决器节点决定如何增加或者减少给一个或者多个动态信道分配的带宽来响应这一请求(步骤1020)。该判决器节点随后在对应的控制信道524中GNT 527的值中指出分配的这一变化，并绕着这个环发送包括这一GNT值的帧来广播这一变化，从而将这一变化情况广播给所有其它节点(步骤1030)。例如，客户节点可以请求为动态信道J增加一列。作为响应，判决器可以将信道J的分配增加1列，同时将某个其它信道I的分配减去1列。以这种方式，如果完全分配弹性部分540，就保留完整的分配，同时将1列分配从信道I转变为给信道J。

增加给一个信道分配的带宽的请求可以是通过终接(也就是插/分)这一信道的任意一个节点来发出。该请求的节点给适当的控制信道设置REQ比特，将包括REQ比特的动态帧发送给判决器。根据这个环上发出请求的节点的位置，终接这一信道的另一个节点可以在它到达判决器之前看到这一请求，并且可以修改这些REQ比特。作为一个规则，截获改变带宽的REQ的节点可以修改该REQ来增加该请求(或者减少请求减少的带宽量)，但是不减少带宽的请求。通过这种方式，只有跟判决器最近的节点能够请求减少一个信道的带宽而不需要一些其它节点，终接能够改变这一请求或者拒绝该请求的这个信道。

每一个信道都与一组两个或者多个节点ID相连，对应于终接这一信道的那些节点。终接某个信道的那些节点事实上可以利用那个信道来传递一组子信道的数据。不插入也不分出这个信道的节点一般不知道子信道的个数，或者不知道他们的子信道怎样被多路复用到这个信道上去的。通过这种方式，需要的信道的数量与唯一的终接节点组的数量有关，而与这些节点之间传递的通信会话的数量无关。

判决器保留所有活动的TDM和动态信道的数据库。具体而言，对于每个动态信道，判决器保存这个信道所有终端节点的清单，以及对那个信道当前的分配。

动态信道都有一个优先级。这些优先级由判决器为请求提供服务，增加或者减少给信道的分配时，重新分配速率给动态信道的时候使用。对于终接某个信道的每一组节点，保存一个优先级清单。每个优先级都分配一个唯一的信道号。

回过来参考图7，除了利用控制信道的REQ比特请求改变动态信道的带宽以外(步骤730)，节点也可以发送一个请求给判决器，与一个或者多个其它节点建立一个新的通信信道。除了识别将要终止这一会话的这组节点以外，该请求为这个会话识别一个优先级。如同下面将看到的一样，该请求不必产生将一个新的动态信道分配给这个会话。

参考图11，该请求节点通过OAM&P信道向判决器发出建立一个新的通信会话的请求(步骤1110)。这个请求识别这个会话的终接节点和这个会话的优先级。该判决器节点收到这一请求，并首先确定该请求是否与已经分配的动态信道一样具有相同的终端节点和优先级(步骤1120)。如果它没有，该判决器节点就取出当前尚未的下一个可用信道号分配给一个通信会话，并且将子信道号0分配给这个新的流，通过OAM&P信道对请求的节点发出该分配(步骤1130)。如果被请求的终端节点和优先级与已经分配的动态信道的相同，该判决器节点就分配一个新的子信道号给这个新的流，并通过OAM&P信道将该分配发送给发出请求的节点(步骤1140)。在这个环上无法“看见”这个子信道号，并且只告诉终接节点，以便它们在公共动态信道中独立的子信道里正确地对通信信息流进行正确的多路复用和去复用。

一个节点还可以请求获得以前分配给一个动态信道的通信信息流解除分配(步骤1150)。该判决器或者释放这个信息流的子信道(步骤1160)。如果这个动态信道上没有任何子信道剩余，对于包括不同终接节点和优先级的请求就可以随后重新使用这个动态信道。

一旦将该通信会话分配给一个动态信道，该节点就能够利用上面描述的REQ/GNT方法给分配的信道增大或者减小带宽指配(步骤730)。

参考图6，根据本发明，SONET节点420(图4)包括几个部件：与光链路422连接的SONET成帧器610，它将这个节点与它的相邻节点相连。SONET成帧器610将同步字节多路复用/去复用成125微秒的STS-1帧，如同SONET/SDH标准所说明的那样。SONET成帧器610提取接收的时钟信号(RxC)，并且对收到的帧进行SONET/SDH系统开销处理(段/线路开销)。这个SONET成帧器提取这个同步净荷封包(SPE)，并且将这个SPE字节流放置到Rx总线612上。SONET成帧器610还产生一个SPE开始信号，以便触发后端电路来处理Rx总线612上字节流的有效负荷部分。SONET成帧器610还计算VT指针，并产生一个VT开始信号，以触发对进来的虚拟附属设备的处理。

后端电路包括一个TDM接收(Rx)处理器622和一个TDM发射(Tx)处理器624。时隙表626保存在这个节点插/分的TDM信道的位置的识别数据。TDM Rx处理器622将TDM信道传递给TDM Tx处理器。以及TDM支路处理器642。TDM支路处理器642提供到TDM信道434的一个接口。TDX Tx处理器624将通过这个节点(也就是不是在这个节点插/分的那些)的TDM信道和来自TDM支路处理器642的TDM信道进行多路复用。将多路复用的TDM数据传递给Tx总线614，然后传递给SONET成帧器610，在那里将它多路复用到出去的光链路上去。将动态信道数据从Rx总线612传递到Rx分组处理器632，它提取帧的弹性部分。Rx分组处理器632将这一节点上终接的信道传递到一个分组处理器644，它提供到动态信道436的一个接口。分组处理器644包括处理进来的和出去的分组通信必须的排队、调度和校正处理所需要的缓冲器和其它机制。Tx分组处理器634将这个节点没有插/分的动态信道和数据包处理器644传递过来的动态信道多路复用到Tx总线614上去，然后传递到SONET成帧器610，在那里它们被多路复用到出去的光链路上去。

其它的实施例利用其它类型的网络中所描述的方法。例如，可以用电通信路径而不是光通信路径来连接这些节点。还有，采用这一方法的时候不需要环结构。例如，可以在分支信号分配系列结构中采用一种类似的方法来传递标准速率帧的动态信道。还有，虽然上面的描述针对的是标准的SONET帧(例如STS-1、STS-3c等等)，但是这一方法同样能够直接用来在其它的固定速率多路复用系统中传递突发性通信信号。

应该明白，虽然描述本发明的时候进行了详细描述，但是前面的描述的目的仅仅是说明本发明的特定实施例，并没有限制本发明的范围，这个范围由后面的权利要求定义。其它的方面、优点和改进都在后面的权利要求的保护范围内。

Claims (17)

1.一种在通信系统的多个节点之间进行通信的方法，其中一系列固定长度的帧在所述系统的节点之间传递，包括：

提供这个通信系统，该系统包括在每一帧中分配一个固定部分，所述固定部分包括所述帧的第一部分，用来在这些节点之间传递控制信息，还包括第二部分，用来通过所述节点之间多个动态分配的信道传递数据流；

在该系统的第一个节点上，(1)接收一个通信请求，用于在第二个节点和第三个节点之间动态分配的信道，包括在收到的帧的第一部分中从第二个节点接收请求数据，(2)将所述帧的第二部分的一部分分配给所述动态地分配的信道，和(3)广播对所述请求的响应，包括在一帧的第一部分发送控制数据；和

在第二个节点上，(1)接收第一个节点发送的控制数据，(2)确定分配给所述动态地分配的信道的这些帧中的每一帧第二部分的那一部分，(2)通过所述动态分配的信道向第三个节点发送一个数据流，包括在一系列帧中每一帧第二部分的所述部分中传递数据。

2.如权利要求1所述的方法，其中为第二个节点和第三个节点之间动态地分配的信道接收的请求的步骤包括接收一个请求，以分配一个通信会话，用于在第二个节点和第三个节点之间传递数据流。

3.如权利要求1所述的方法，其中接收分配通信会话的请求包括为所述通信会话接收一个优先级。

4.如权利要求1所述的方法，其中为第二个节点和第三个节点之间动态地分配的信道接收所述的请求的步骤包括接收一个改变以前分配给第二个节点和第三个节点之间的通信的通信信道的容量的请求。

5.如权利要求1所述的方法，其中将这些帧第二部分的这一部分分配给所述通信信道的步骤包括修改多个通信信道的已分配的通信容量的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述固定的部分包括分配给这些节点之间固定速率信道的第三部分。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述通信系统包括一个SONET网络，且每一帧都包括一个同步净荷封包(SPE)，以及其中分配每一帧的固定部分包括分配每一帧的SPE的一部分。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述SPE的那部分是整个SPE。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述SPE的那部分包括一个虚拟附属设备群。

10.如权利要求1所述的方法，其中提供的所述通信系统还包括分配SPE的一部分给传统的SONET虚拟附属设备，从而使SONET网络通信容量的一部分在静态分配的虚拟路径上被用于进行传统通信。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述SPE的那部分包括一个虚拟附属设备。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述帧的第一部分和所述帧的第二部分是所述SPE的整数列。

13.如权利要求1所述的方法，其中分配所述帧的第二部分的一部分包括分配所述SPE的9个字节的整数列。

14.一种用于在SONET网络的节点之间传递数据的方法，包括：

提供所述SONET网络，包括识别通过所述SONET网络传送的同步帧的固定部分，用于在这些节点之间传递数据，所述固定部分包括所述帧的第一部分，用于在这些节点之间传递控制信息，以及包括第二部分，用于在这些节点之间动态地分配的信道上传递数据流；

建立多个通信信道，用于在这些节点之间传递数据，将每个通信信道与多个终接节点连接起来，其中所述多个通信信道包括将第二个节点与第三个节点连接起来的第一通信信道；

在第一个节点上，为通信信道的每一个信道确定这些帧的第二部分的一部分的分配；

从第一个节点向其它节点广播所述分配情况，包括在一个或者多个帧的第一部分中传递信息；

在第二个和第三个节点中的每一个节点上在一系列帧的第一部分中接收控制信息并处理收到的控制信息，以确定分配给第一个通信信道的帧的所述部分；

在第二个节点上从所述网络接收第一帧，将要传送给第三个节点的数据插入到分配给第一个通信信道的第一帧的所述部分；并且将第一帧发送到所述网络上去；以及

在第三个节点上从网络接收第一帧，并从分配给第一个通信信道的第一帧的所述部分提取数据。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：

从第二个节点向第一个节点发送一个请求，请求改变分配给第一个通信信道的容量；和

在第一个节点接收所述请求，确定对通信信道的所述帧的第二部分的分配的更新，并广播控制信息给其它节点，更新分配。

16.一种通信系统，包括用通信路径连接的多个节点，其中所述节点的一个节点是一个判决器节点，且其中的每个节点包括：

用来从通信路径接收一系列通信帧，并沿着所述通信路径发送该通信帧成帧器；

用于识别每个通信帧中的控制信息的电路；

利用识别出来的控制信息确定每个通信帧的部分的位置和大小的电路，这些通信帧被分配给所述通信信息流中选中的一个；和

在选定流的确定位置上将选定的通信信息流的数据插入通信帧的电路。

17.如权利要求16所述的通信系统，还包括：

在发送之前插入一个请求以改变通信帧中通信信息流分配的大小的电路。

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