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(yuǎn)程通信，更具體地說，涉及使用光纖的遠(yuǎn)程通信。
背景技術(shù)：
交叉連接交換機(jī)(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(jī)在電的領(lǐng)域操作，即使這交叉連接交換機(jī)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(jī)正在開發(fā)之中。這些交叉連接交換機(jī)將在光的領(lǐng)域提供信號(hào)路由而無需轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而提供信號(hào)時(shí)序透明性，并消除了要轉(zhuǎn)換成并處理高速電信號(hào)的費(fèi)用。
所有交叉連接交換機(jī)的一個(gè)重要功能是檢驗(yàn)信道上的數(shù)據(jù)流，以保證在交叉連接信號(hào)中沒有因端口間誤連接造成的錯(cuò)誤。通常，在電的領(lǐng)域內(nèi)，由交叉連接交換機(jī)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(biāo)識(shí)該源端口。在目的地I/O端口，這些標(biāo)識(shí)字節(jié)被檢驗(yàn)，以保證適當(dāng)實(shí)現(xiàn)了通過交叉連接交換機(jī)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(biāo)識(shí)信息，還要進(jìn)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(biāo)識(shí)位而把信號(hào)轉(zhuǎn)換成電格式，這是人們不希望的，因?yàn)橐ㄙM(fèi)轉(zhuǎn)換電路的費(fèi)用。
所以，需要一種廉價(jià)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(gè)光交叉連接交換機(jī)包含多個(gè)輸入/輸出端口用于在光纖上傳送包括一個(gè)或多個(gè)通信信道的數(shù)據(jù)流，一個(gè)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(jìn)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(gè)成幀單元和一個(gè)或多個(gè)單元組，每組含有m個(gè)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(gè)幀中提供用于恢復(fù)時(shí)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(cè)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(gè)位錯(cuò)誤才能虛假成幀?？梢院芸斓爻蓭ǔＴ?毫秒以內(nèi)。


為了更徹底地理解本發(fā)明的特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)，可以參考下面結(jié)合附圖的說明，其中圖1是遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)框圖；圖2是交叉連接交換機(jī)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(jī)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(diǎn)所用的過程。
具體實(shí)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(gè)圖中，交叉連接交換機(jī)(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(jī)12提供了路由線的靈活性。當(dāng)添加或去掉線13時(shí)，可重新安排線13之間的連接。再有，當(dāng)在這些線之一上的通信被中斷或質(zhì)量惡化時(shí)，交叉連接交換機(jī)12提供在兩個(gè)或更多個(gè)冗余信道中進(jìn)行選擇的能力。
圖2顯示使用光矩陣14的交叉連接交換機(jī)結(jié)構(gòu)。光矩陣14有多個(gè)輸入和多個(gè)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(dāng)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(gè)I/O架上，每個(gè)架提供多個(gè)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(biāo)識(shí)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(gè)源I/O端口與來自網(wǎng)絡(luò)的光數(shù)據(jù)流進(jìn)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(xì)描述。傳輸幀由目的地I/O端口恢復(fù)，以證實(shí)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?yàn)樗鼈儽徽{(diào)制在不同的波長上。
圖3顯示光交叉連接12的更詳細(xì)圖示。源I/O端口20接收載有一個(gè)或多個(gè)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(xì)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(hào)進(jìn)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(biāo)識(shí)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(cè)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(hào)。檢測(cè)電路28根據(jù)解調(diào)出的傳輸幀中的信息確認(rèn)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(biāo)識(shí)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(shí)鐘恢復(fù)電路失掉它們對(duì)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(biāo)識(shí)，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(shí)施例中，成幀信息和填充信息被設(shè)計(jì)成提供快速和不混淆的成幀，并且有位錯(cuò)誤的容錯(cuò)性。特別是希望成幀和填充信息中的位錯(cuò)誤不會(huì)造成虛假成幀。再有，如果發(fā)生虛假成幀，則希望盡快地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(duì)于圖4所示33字節(jié)幀，則造成每幀132微秒長。這一信號(hào)能以1310nm激光調(diào)制，它比較便宜。在該最佳實(shí)施例中，傳輸幀24被不帶擾碼地傳輸，擾碼(scrambling)會(huì)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(gè)成幀字節(jié)以開始該幀，后跟由3個(gè)字節(jié)(2個(gè)有效載荷字節(jié)后跟1個(gè)填充字節(jié))組成一組的若干組。每個(gè)成幀字節(jié)設(shè)為“01010101”，而每個(gè)填充字節(jié)設(shè)為“00110011”。最后一個(gè)有效載荷是4位的BIP-4(或其他)糾錯(cuò)位，后跟一個(gè)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(gè)字節(jié)可用于數(shù)據(jù)，例如源I/O標(biāo)識(shí)符。每2字節(jié)數(shù)據(jù)之后，一個(gè)填充字節(jié)保證數(shù)據(jù)過渡，從而在數(shù)據(jù)上不會(huì)失掉時(shí)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(gè)位錯(cuò)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(gè)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(gè)有效載荷字節(jié)。一般而言，對(duì)于使用n個(gè)字節(jié)的幀，在一個(gè)填充字節(jié)之前可存在n-1個(gè)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(huì)在位過渡之間造成較長的時(shí)間段，這能影響時(shí)鐘恢復(fù)。
圖5說明對(duì)傳輸包幀起始點(diǎn)的檢測(cè)。為了檢測(cè)幀起始點(diǎn)，在傳輸信道檢測(cè)一個(gè)填充字節(jié)(前一幀的最后一個(gè)字節(jié))的成幀模式后跟3個(gè)成幀字節(jié)(對(duì)于所說明的實(shí)施例)。圖4所示傳輸包實(shí)施例的一個(gè)重要方面是很難發(fā)生虛假成幀。假定一個(gè)有效載荷會(huì)有任何值，于是兩個(gè)有效載荷字節(jié)都會(huì)與成幀字節(jié)有同樣的值，這時(shí)需要后跟的填充字節(jié)至少有4位錯(cuò)誤才會(huì)模仿出幀檢測(cè)所必須的最后一個(gè)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(cuò)誤)，將在36字節(jié)內(nèi)檢測(cè)到成幀模式(0.144毫秒)。一旦檢測(cè)到“同幀(in frame)”狀態(tài)(一個(gè)沒有錯(cuò)誤的成幀模式)，則檢測(cè)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(gè)填充字節(jié)和接下來持續(xù)的3個(gè)成幀字節(jié))。如果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)或更多個(gè)持續(xù)的幀在其成幀模式中有3個(gè)或更多個(gè)錯(cuò)誤，則宣告一個(gè)“幀失調(diào)(out of frame)”狀態(tài)，于是檢測(cè)電路28再次開始尋找有效幀。根據(jù)預(yù)期的錯(cuò)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(gè)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(gè)錯(cuò)誤率(PE)1×10-6錯(cuò)誤/位(在傳輸信道上每百萬位中有一個(gè)錯(cuò)誤)，這將是特別高的錯(cuò)誤率，則在36個(gè)字節(jié)內(nèi)沒有找到一幀的概率為P(成幀模式錯(cuò))＝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(jī)錯(cuò)誤每32000幀發(fā)生一次。在相繼兩個(gè)幀中造成丟幀的錯(cuò)誤概率將等于P(相繼兩個(gè)成幀錯(cuò)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(gè)兆次嘗試中發(fā)生一次。
錯(cuò)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(gè)錯(cuò)誤。在這種最壞的情況中，只有兩個(gè)位模式情景會(huì)允許該位模式造成成幀錯(cuò)誤(所示實(shí)施例中在填充字節(jié)中發(fā)生錯(cuò)誤造成模仿一成幀字節(jié)，這些錯(cuò)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(cuò)誤的概率是P(一字節(jié)帶有4個(gè)錯(cuò)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(gè)幀上發(fā)生虛假成幀的可能性幾乎不存在。連續(xù)兩個(gè)以上幀的虛假成幀概率會(huì)進(jìn)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(gè)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(cè)幀起點(diǎn)的成幀模式是填充和模式位的組合，這需要多個(gè)位錯(cuò)誤才能虛假成幀。在小于1毫秒的時(shí)間內(nèi)便極其可能發(fā)生同幀狀態(tài)。
對(duì)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(shí)施例的好處。重要的因素是(1)填充字節(jié)在多個(gè)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(gè)位過渡，以保證時(shí)鐘恢復(fù)電路不會(huì)失鎖。
對(duì)本發(fā)明還是結(jié)合使用字節(jié)(8位)作為標(biāo)準(zhǔn)單元大小進(jìn)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(duì)某些實(shí)施示例的，但將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員建議對(duì)這些實(shí)施例的各種修改以及其他不同的實(shí)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(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種光交叉連接交換機(jī)，包含多個(gè)輸入/輸出端口，用于在光纖上傳送包括一個(gè)或多個(gè)通信信道的數(shù)據(jù)流；一個(gè)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(jìn)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(gè)成幀單元；一個(gè)或多個(gè)單元組，每組含有m個(gè)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(gè)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(jī)，這里所述一個(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)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(jī)，這里m＝n-1。
4.權(quán)利要求1的光交叉連接交換機(jī)，這里所述有效載荷單元之一含有糾錯(cuò)數(shù)據(jù)。
5.權(quán)利要求1的光交叉連接交換機(jī)，這里所述填充單元在相鄰位位置之間有多個(gè)數(shù)據(jù)過渡。
6.權(quán)利要求1的光交叉連接交換機(jī)，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(jī)，這里所述成幀單元和所述填充單元二者中的另一個(gè)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(jī)，在所述輸入/輸出端口中進(jìn)一步包含通過匹配一個(gè)填充單元后跟n個(gè)成幀單元的模式來檢測(cè)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(jī)，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(jī)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(jìn)入所述光矩陣之前將一個(gè)或多個(gè)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(gè)成幀單元和一個(gè)或多個(gè)單元組，每組有m個(gè)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(gè)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(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)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(cuò)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(gè)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(gè)有“00”和“11”交替的位模式。
17.權(quán)利要求10的方法，進(jìn)一步包含通過匹配一個(gè)填充單元后跟n個(gè)成幀單元的模式來檢測(cè)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(jī)(12)包括一個(gè)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)?？刂菩畔⒃趥鬏攷?4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(gè)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(dāng)?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(gè)位位置中有與成幀字節(jié)不同的位值。從而只有當(dāng)在填充字節(jié)中出現(xiàn)多個(gè)位錯(cuò)誤時(shí)才會(huì)發(fā)生虛假成幀。
文檔編號(hào)H04Q11/00GK1338833SQ0112479
公開日2002年3月6日 申請(qǐng)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(qǐng)人:美國阿爾卡塔爾資源有限合伙公司