CN1183189A

CN1183189A - 宽带交换系统

Info

Publication number: CN1183189A
Application number: CN96193596A
Authority: CN
Inventors: A·J·史密斯; J·L·阿达姆斯
Original assignee: British Telecommunications PLC; Oxford Brookes University
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1998-05-27
Anticipated expiration: 2016-03-08
Also published as: US6222823B1; JPH11501475A; KR19980702937A; MX9706820A; WO1996027964A1; CA2214838A1; AU718665B2; CN1097912C; NO974132L; DE69638195D1; CA2214838C; AU4887996A; NZ302751A; EP0813781B1; EP0813781A1; NO974132D0

Abstract

在用于交换异步传送的数据信元的宽带交换系统中,一个动态带宽控制器(DBC)控制向系统的输入端口提供信元,数据信元由一些发送端系统提供。当端系统开始发送数据信元时,DBC检测输入的信元并从组成系统一部分的连接允许控制(CAC)请求带宽。交换系统存贮一张和入口连接的信号源与相应预定可发送带宽关系的表,最好还有最大时延。当从一个信号源到达输入端口的信元被检测到时,DBC给CAC发送一个相关预定带宽的请求信号,并延迟信元的发送至少到被分配了预定的带宽为止。这种延时是通过向输入端口回送一个信元速率指示信号使信号源处于暂停模式来实现的。如果在相应最大时延到时前仍未分配带宽,那么就通过劫取其它信号源的带宽来分配带宽。

Description

宽带交换系统

本发明涉及一种用于交换异步传送数据信元的宽带交换系统和一种交换异步传送数据信元的方法。

已知的用于交换异步传送信元的宽带交换网络中，预定级别的带宽被分配给连接第一用户和第二用户的传输信道。在某些这样的系统中，提供一条通信信道需要一段相当长的时间，特别是租用线路，并且为根据特定的终端和所传送的信息量建立或修改这种连接需采用人工措施。因此，作为连接总费用的一部分，用户必须付一定价格的费用，而不论是否使用该连接均需付费。

改进系统已提出或已可用。具体而言，只要为终端设备配置可通过发出信令命令并响应网络发出的类似命令而建立连接的设施，就有可能在拨号时建立连接。

利用永久性电路支持专用通信网已很普遍。对这种电路的需求预计将增至2Mbit/s以上的宽带速率，这些电路传送着从多个数据源复用而来的突发性的信息，也可能包括以恒定比特率传输并对时延敏感的信息，如话音传输和恒定比特率的视频。

异步传送模式(ATM)信元都有一个48个八比特组的固定信息域来传送用户业务信息或用户产生的控制信息(信令)。这两种类型的数据传输通过设置信元信头中的虚路径(VP)和虚通路(VC)值来区分。ATM信元信头中的另一个域是信元丢弃优先级，用来区分低优先级和高优先级的信元。在发生拥塞时，低优先级的信元将首先被丢弃。

对于基于ATM的网络中的专用电路来说，所要的路由，所需的带宽，以及服务质量(QOS)是通过网络管理程序来设置的。这些专用电路也被称为永久性虚通路(PVC)，因为并没有实际的物理通路，只有一个VP/VC值或“标记”和交换机中存储的信息一起来判定路由，预留带宽和满足QOS需求。

已知的永久性通路的一个缺点就是，即使在用户没有信息要传的时侯带宽仍被保留分配给电路。这意味着用户要比只在需要时才使带宽可用付更多的费用。这里假设计费与预留的带宽有关，这在公用网运营者可能采用对虚通路计费时不一定正确。但是，预计在将来基于预留的带宽计费将成为一个重要的因素。

一般的做法是建立一条永久性虚通路使其只在一天的某几小时或一星期的某些天可用。这种做法的难点在于它不允许用户快速地改变使用模式，而且只能大概地反映用户需要的用法。

另一种做法必须向用户提供一条与网络管理层的独立通信信道，从而允许永久性虚通路被重新配置。这种做法的难点在于会造成在用户开始使用虚通路之前有一些时延。

第三方案是在网络的每个交换节点引入一种设备，它能识别指示应分配给通路多少带宽的快速资源管理信元。这种方案的难点在于需被不同厂商的交换设备识别的带宽请求信元没有一个国际公认的标准。

根据本发明的第一方面，一种宽带交换系统，包括至少一个入口用于到相应信号源的连接和至少一个出口用于到接收系统的连接，交换系统有至少一个将携带信息的异步传送数据信元从入口传送到出口的交换机，系统控制装置通过上述交换机接收并建立人口和出口之间的连接，带宽控制装置用来回送一指示信号至人口并传送给信号源，检测信号源送到入口的输入信元，并自动响应上述信元检测使系统控制装置为将信元传送至出口分配预定的带宽。

在实践中将会发现，预定带宽的自动分配可能发生在输入信元被检测到后的一段时间内，因为不一定立即有所需带宽供分配。

用这种方法建立的连接特别适合于对带宽敏感的传输，如在连网PC之间的数据传输。这是因为一旦带宽被分配，它就保持在预定的级别上。而上述类型的传输在低于预定的带宽级别(事先算好足够满足可靠传输的预登记的级别)时就不能可靠地工作，因此如果达不到上述级别，就不应分配带宽，即不分配较低带宽。

但是，在某些情况下带宽控制装置可给一信号源分配比该信号源预定带宽低的级别，同时降低入口收到的信元的优先级，使得送给交换机的未降级的信元的带宽不超过分配的带宽。这在预定级别的带宽在系统中不再可用时经常发生。

一旦信元被降级，在系统过载，即有比系统可用带宽所能传送的更多的信元需要传送时，系统将丢弃这些信元。因此，在使用这种可选的降低优先级的模式传输时用户将冒可预知的一条消息中的某些信元不被传输的风险。一般采用的信元删除技术是一种“智能”技术，不是随机地删除信元(从而破坏无数条消息)，而是尽可能地只从一条消息中删除信元。

带宽控制装置可包括反馈装置，它用来传送从一张由固定带宽等级和信号源相关联的存储表提供的一个带宽指示信号得到的信元速率值。存储表位于系统控制装置及/或带宽控制装置中。信元速率值被回送给入口并传给认定的信号源以向信号源指示允许的到该入口的信元输入速率。

当系统控制装置判定系统需对一信号源采用降低优先级的模式工作时，反馈装置还被安排传送一个“预定带宽不具备”信号给入口。收到这样的信号后，信号源可能会选择利用以较低优先级传送(要冒丢失信元的风险)，但仍用与以前相同的速率或停止传送直至以后有机会用预定的等级传送(不用降低信元优先级)。

优选地，当一信号源被认定不在活动时，带宽控制装置应自动使系统控制装置释放从该信号源来的信元的带宽。这可能是在入口收到的信元的输入速率为零时发生。

系统控制装置可用作周期性地判定系统中是否有预定的带宽。然后带宽控制器就最好使用指示器信号向信号源“提供”经确定的预定的带宽。这种提供可能是对一因其带宽被释放而暂停的信号源的，也可能是对不活动信号源的。系统控制装置最好是通过在预定的接受时间内发现带宽仍未被分配而能确定上述提供尚未被接受。

一般带宽控制装置用来检测向网络的输入端口输入信元的速率，主要为了判断是否正在输入信元。

带宽控制装置可包括一缓存器用来延迟向交换机传送信元直至已为这些信元分配了带宽。

最好，在检测到从一信号源来的信元已被接收且没有为从该信号源来的信元分配带宽时，用反馈装置来发送一减小业务量等级的指令给入口以便该信号源接收。减小业务量等级的指令可能是一使信号源停止向入口送信元的暂停指令。带宽控制还包括用来测量信元被延迟的时间的定时装置和在信元被延迟超过预定时间后将其从缓存器中删除的信元删除装置。如果信号源还没有收到一个信元速率值通知它预定的带宽已分配，它就可能允许这种情况发生。

在信号源以比网络在一定时间内所能接受的速率还要高的速率发送的情况下也能使用缓存。实际上，缓存器最好还有装置检测它是否被填充至一预定的门限级别，反馈装置响应该检测并使一信元速率值发送给信号源，然后信号源能够停止它的输出以避免缓存器溢出从而丢失数据。

组成带宽控制装置的活动检测器可以包括一信元计数器用来统计从连接到带宽控制器的各个信号源来的信元数。由此得到的信元数可用来产生计费信号对用户收费和其他用途。

根据本发明的第二方面，本发明还包括所附权利要求中要求13描述的方法。本发明的第三和第四方面表示在所附权利要求16和17中。下面结合示例参照附图详细介绍本发明，其中：

附图1是符合本发明的宽带交换系统。

附图2是符合本发明的另一宽带交换系统。

附图3是宽带交换系统的一部分，表示单个带宽控制器如何被多个终端系统共享；

附图4是用于附图1和2的系统中的带宽控制器的方框图。

附图5是附图4所示的活动检测器模块用到的规范描述语言图(SDL)。

附图6-1和6-2是附图4的控制器模块用到的SDL图。

附图7是资源管理(RM)数据信元组成图。

附图8是附图4中的反馈模块用到的SDL图。

附图9是附图4中的带宽控制器的缓存器。

附图10是缓存器的SDL图。

附图11是整型器/复用器模块的方框图以及与附图6的缓存器的连接。

附图12-1，12-2和12-3是整型器/复用器模块用到的SDL图。

按照其优选形式，本发明涉及一种宽带交换网络，它可成为公用交换网络的部分或构成整个公用交换网络，用于在终端系统间传送异步传送数据信元。

参照附图1，公用网络10包括多个在异步传送模式(ATM)下运行的交换机。在这个简单的例子中，交换机中有两个本地交换机12，分别有一个端口与相应的终端系统14相连。一个汇接交换机16与两个本地交换机12互连。与交换机有关的还有一个连接许可控制功能(CAC)18和一动态带宽控制器(DBC)20，用来控制通过本地交换机12之一进入网络的业务量。交换机12还包括一个使用参数控制设备22，用来动态改变网络的输入端口24收到的来自端系统14的数据信元的优先级。

在实际使用中，网络10将包括大量的本地和汇接交换机12，16和多个DBC 20，所有这些相互连接组成一个有多个像端口24那样的端口用来连接端系统14等多个端系统的网络。使用DBC 20，公用网络10可以提供可变比特率(ABR)业务，DBC首先检测输入端口24的输入信元，并自动响应检测使CAC 18为传送信元到目的端系统分配带宽。一般来说，需要ABR业务的端系统14被分配给一固定的DBC 20。对每个本地ATM交换机12可能有多个DBC 20。在发生故障时，端系统可重定向到后备DBC(图中未显示)。

数据以异步传送模式(ATM)信元形式传送，每个都有一个48个八位组的信息域，另有一个5个八位组的信头，其中包括信元在网络中传输所必需的信息。因此，路由选择是在信元的基础上进行控制的，大量的传输路径和时分复用时隙可被任一链路占用。因此，ATM信元是根据信头信息中定义的虚通路和虚路径来传送的。

虚通路和虚路径使用5个八位组的信头中的虚通路标识(VPI)和虚通道标识(VCI)来识别，它们有效地定义了端系统之间的连接，从而使组成一条消息的不同信元经同一连接传送。ABR业务流量进入公用网络10，根据它们的VPI和VCI为信元选路经过DBC 20，然后输出到外部路由，如附图1所示。经过DBC 20时，每个虚路径和虚通道上的业务流量被限制在由CAC 18定义的一个信元速率(以下简称CR)内。

附图2显示了另一示例装置。在这种情况下，端系统14A受多个DBC的控制。实际上，两个端系统14A，14B之间的连接是通过两个公用网络10-1，10-2选路的。每个网络10-1，10-2都有它自己的DBC20-1，20-2负责根据各自的连接许可控制功能(CAC)18-1，18-2分配的带宽限制进入网络的业务流量。每个DBC 20-1，20-2还要负责通知端系统14A目前可用的CR。

在附图1和附图2的系统中，DBC 10，20-1，20-2从相应的CAC18，18-1，18-2请求带宽，同时缓存不能立即传送给各个交换机12，16的输入数据信元。CAC 18，18-1，18-2再分配带宽。然后向DBC20，20-1，20-2指示该分配，它再将最大的CR通知发送端系统14。只有在系统有足够的带宽给端系统分配预定的带宽(用户预登记)时才进行分配。

单个动态带宽控制器(DBC)可能被多个端系统或信号源共享。

例如，参见附图3，所示DBC 20-3与网络10的组成部分宽带ATM交换机12-3相连，输出缓存器28被用来处理三个信号源14C的业务流量。DBC 20-3能处理的信号源的数目由链路速率L决定(即，因为肯定没有那么多的信号源，所以一般都是链路速率L是决定可用速率的因素)。来自信号源14C的ABR业务流量的集合信元速率不能超过L。这意味着如果每个信号源的业务流量是突发的，输出缓存器28有时就可能拥塞。这种情况可通过在向端系统14C反馈持续信元速率(CR)时附加一个一般流量控制(GFC)信号避免，此信号立即终止来自每个信号源的传送。

一旦动态带宽控制器(DBC)包括在附图1，2或3所示的装置中，它的主要功能如下：

首先，它为输入数据信元提供缓存，任意时刻缓存的程度视包含信元的传送而定，传送由上述的VPI和VCI信息所标识。DBC又控制或“整型”送给网络10的业务流量以使其等于该传送可用的当前CR，CR取决于所分配的带宽。

任意给定传送的所分配的带宽，以及CR由CAC18(见附图1)根据确定传送所走的路由，从已知活动传输的数目来估计该路由上的可用容量的份额以及需要分配的预定带宽来决定。

DBC检测到一个传送开始后，立即向相关端系统14发送一个暂停信号(见附图1)。端系统暂停可保证新激活的发送源在CAC 18能为该传送分配带宽和产生CR前不会造成系统10过载。这种过载通常会导致该传送的信元丢失。这也是DBC的第二个主要功能的一部分，即，送反馈信号给端系统14以控制它发送信元的速率。实际上，每当CAC 18为一次传送产生一个新的CR，一个CR通知信号就被回送给端系统。在这种情况下，CR要么为零(即暂停)或一对应于端系统14的预定带宽的CR。

DBC的预传送缓存被用来给配合的端系统足够的时间来将其输出调整到最近反馈的CR建议。这表明DBC中有足够的缓存允许在至少等于DBC和端系统环回延时的一段时间内有过量的信元输入。如果从端系统14的信元继续以大于建议的反馈CR速率到来(例如，由于CR的路由丢失或端系统故障)，在DBC中的过量的信元将由于缓存器溢出而被丢弃。

在优选的DBC中，还可能通过采用缓存门限来容错。当某个传送缓存的信元到达门限时，就触发向端系统反馈重传CR建议。这一特性作为一种控制端系统以防止不论是因为故障端还是有意不遵守约定的传送规则造成的带宽的低效利用的机制也是很有用的。用这种方法，就避免了干扰提供给其它从属端系统的业务质量。实际上，DBC定义了与网络约定的ABR业务。

下面参照附图4详细介绍DBC 20的模块。

附图4显示的DBC 20是一独立单元，包括一个接收异步传送数据信元的输入端口30，一个将数据信元送给交换网络10的组成部分的交换机12或16(见附图1和2)的输出端口。该单元还包括接收交换机12或16返回的消息的另一输入34和一向端系统14发送反馈消息的反馈输出35(如附图1所示)。虽然所示的DBC 20是一独立单元，但应理解附图4可被看作表示一个较大的数据处理单元的一个子系统的功能图，其中许多表现为软件功能。

输入30上的输入信元作为一用户信元流到达，首先被送往一活动检测器36。活动检测器的功用是向控制器模块38提供每个已收到的传送的状态信息，每个传送由信元信头中包含的VPI和VCI识别。如果一个传送先前是静止而又发现有具有相应VPI和VCI值的信元从一端系统传送给输入30，则活动检测器36将该传送标为活动。活动检测器36与一个信元信头的开始的同步可用信元信头中包含的差错检测域来实现。如果一个传送先前是静止的而在一段时间内又没有相应VPI和VCI值的信元被检测到，则该传送被认为处于不活动状态。差错检测域提供了一定的冗余度，通过它可对信头信息进行差错检测。因此，提供信头差错检测域的主要原因是保证信头信息是正确的，从而保证信元不会被传送到错误的地址。

活动检测器36为每一VPI/VCI值对维护了一个计时器和状态表。七最好设为几秒使得任一VPI/VCI值对的在几个毫秒级内的活动-非活动-活动的变换不被检测到，使该传送在这些情况下仍保留在活动状态。其效果是减少DBC 20向CAC 18送消息的频率，但降低了网络的利用率。

活动检测器36的另一功能是在收到来自控制器38的“开始信元计数”信号后的一段时间内统计传送的信元。这一信息可被用作计费以及被控制器38用来估算收到的传送的实际信元速率。

活动检测器的伪代码列在下面，相应的SDL图如附图5所示。

　　BEGIN{cell arrival}

　　cell arrival from end-system

　　read VC

　　reset VC inactivity timer

　　IF VC is newly active THEN

　　update state table

　　advise CONTROLLER of newly active VC

　　ELSE IF counting.cells(VPI/VCI)THEN

　　increment cell.count(VPI/VCI)

　　ELSE

　　do nothing

　　END

　　BEGIN{VC timer expires}

　　VC inactivity timer expires indicating quiet VC

　　update state table

　　advise CONTROLLER of quiet VC

　　counting.cells：＝FALSE

　　END

　　BEGIN{receive a start.cell.count signal}

　　receive a start.cell.count(VPI/VCI)signal from
　　CONTROLLER

　　cell.count(VPI/VCI)：＝0
				
				<dp n="d8"/>
　　counting.cells：＝TRUE

　　END

　　BEGIN{cell.count timer expires}

　　cell.count timer expires

　　send cell.count(VPI/VCI)to CONTROLLER

　　restart cell.count timer

　　END

可以看到，就输入用户信元流而言，活动检测器36读取到达信元流的每个信元信头中的VPI/VCI值，并用此信息来更新它为每一VPI/VCI值对保存的状态表。就与控制器38通信而言，检测器36通知控制器任一VPI/VCI值对状态的改变。控制器要告知活动检测器将采用的时间值t。最好是所有的VPI/VCI值对使用同样的T值。活动检测器36在各个计时器超时后将信元计数信息送给控制器38。

到达输入30的用户信元流中的信元被元延迟地传送给缓存模块40并被存进一先进先出(FIFO)缓存队列，每个队列包括具有某一VPI/VCI值对的信元。检测器36与信元类型无关。因此，不论有无控制或管理信元，任一数据信元的到达都能被检测到并将影响某一VPI/VCI值对有关的活动状态。缓存的信元在被经输出32送往ATM交换机之前被从缓冲器40送给整型器/复用器模块42。缓存器和整型器/复用器40，42的操作将在后面详细介绍。现在可以简单地说，缓存器模块在任一缓存队列达到预定的缓存器填充门限时可向控制器38发出信号。整型器/复用器模块42负责从缓存器40模块中移出信元并将其传送给它们的目的地。它包括复用器功能，而且整型器为每个VPI/VCI值对存储了一个CR值使输出的信元流被整型以保证不超出由所分配的带宽决定的每个传送经过网络的相应路径的容量。控制器38还控制反馈模块44在输入34接收来自网络和控制器38本身的反馈消息并从输出35发送给端系统14。缓存器，整型器/复用器和反馈模块40，42和44的功能将在后面详细介绍。首先考虑控制器38。

控制器38的目的是通知CAC应为由一给定的VPI/VCI值对所标识的ABR类型的传送分配或重新协商在系统中的带宽。在这一实施方案中，只要活动检测器36检测到端系统已活动，控制器38马上通过反馈模块44向端系统送暂停信号。

然后向CAC 18送一带宽请求。这被CAC 18理解为请求端系统相应的预定的带宽。如果这一带宽不能得到保证，端系统将保持在暂停状态，已被DBC收到的信元被缓存(通过将整形模块42速率设为零)并启动一计时器监视信元缓存的长度。

CAC 18周期性(最好是略小于信元被整形器缓存的最大时间的周期)地搜寻所请求的带宽并将其提供给DBC，它再通过反馈模块44以信号的方式送给端系统。端系统接受所提供的带宽后，带宽就被分配，整型器被告知与所分配带宽相应的CR。如果CAC 18找不到带宽，它可能从其它端系统去除带宽分配以有足够的带宽供分配。下面将介绍CAC所使用的适当的带宽均衡技术。

如果定时器在带宽分配之前超时，保存在DBC中(在缓存器中)的信元将被删除。此时，端系统也会知道信元已被删除，因为它也有一个定时器并且除非在预定的时间内返回一个CR，它就假设带宽未能分配从而在收到暂停信号之前发送的少量信元已被删除。

如果CAC 18需要释放带宽，全部带宽将被释放且端系统如上所述被暂停。

作为一种在分配带宽之前检测信元的替代策略，CAC 18可持续轮询端系统来通过DBC向端系统提供带宽(根据端系统请求的预定级别)。如果端系统开始发送，带宽即被分配。

这种轮询，提供和接受的程序也可用于使端系统在上述被暂停后重新开始传送。

如上所述，当某一VPI/VCI值对的缓存器已达到一给定的门限时，控制器38将从缓存器模块40收到一个信号。这一信号使控制器38命令反馈模块44发出一个所谓的资源管理(RM)信元，它将在后面详细描述。控制器38还为已建立的每个新的传送(由一新的VPI/VCI值对标识)接收一个DBC标识，该DBC标识值从CAC得到。另外，如果未提供，DBC将使用一缺省标识。

控制器的伪代码如下所示：

    BEGIN{receive an active VPI/VCI from ACTIVITY DETECTOR}

    receive active(VPI/VCI)from ACTIVITY.DETECTOR

    send halt(VPI/VCI)to feedback
				
				<dp n="d10"/>
　　send bandwidth request(VPI/VCI)to CAC

　　send active(VPI/VCI)and CR＝O to shaper

　　start timer for buffered cells

　　END

　　BEGIN{timer expires}

　　timer for buffered cells expires

　　send delete buffered cells(VPI/VCI)to shaper

　　END

　　BEGIN{receive a CR from CAC}

　　receive a CR from CAC

　　send CR to shaper

　　send CR to feedback

　　END

　　BEGIN{receive an inactive signal}

　　receive an inactive signal

　　advise CAC of inactive VPI/VCI

　　END

　　BEGIN{receive a VPI/VCI buffer threshold signal}

　　receive a VPI/VCI buffer threshold signal

　　signal feed back to retransmit CR to end-system

　　END

控制器的SDL如附图6-1和6-2所示。

控制器38被指定将一DBC，VPI/VCI标识值对写入反馈模块44。它还要指令反馈模块44为一特定的VPI/VCI值对发出一资源管理命令。该指令可能包括一相应的CR对T，t(T为平均信元间隔时间，t为突发公差)。应注意不论何时CAC更新CR值，对于每个新的VPI/VCI值对都只有一次RM信元中定义的值的变化被发送。通常在公用网中这可能是每30秒一次或更多，并取决于DBC 20中的活动检测器的敏感度设置。它表明请求的反馈控制带宽可以相对较小。

从伪代码看，只要具有某一VPI/VCI值对的信元达到缓存器填充门限，控制器38就会收到来自缓存器模块40的信号。

与活动检测器36的接口已作了描述。

下面简要介绍反馈模块44的功用。

如上所述，反馈模块44通过输出35发送当前CR值(由控制器38提供信号)给端系统。如附图7所示，CR是通过资源管理信元来传送的。可选地，上述信元的一个域是DBC标识值，用来使端系统区分来自端系统至端系统路径上的不同DBC(例如附图2中的DBC 20-1，20-2)的CR通知。该DBC识别域在附图7中被标为域50。CR被放置在域52。上述RM信元和其它信元一样，有一个5字节的信元信头包含一PT域54指示信元是资源管理(RM)信元。

建议如果使用DBC标识的话，它不是固定的而是在为某个VPI/VCI值对建立通过网络的传送路径时选择。这表明CAC 18给每个VPI/VCI值对的DBC标识赋值，且反馈模块44保存了一张(DBC，VPI/VCI)标识对表。例如，在附图2中，公用网络10-1要为给定的VPI/VCI对选择一DBC标识并将这一信息变成信号转发使得公用网络10-2不会选择同样的值(例如公用网络10-2赋值标识1，公用网络10-2赋值标识2等)。DBC标识值被存放在反馈模块44维护的一张表中。

RM信元中的CR域52(见附图7)包含了CAC的CR通知，它作为平均信元到达间隔时间T加上突发公差t。

反馈模块44的动作在下列情况下由控制器38触发(a)如果CAC通知新的CR。(b)如果缓存器模块40中对应任一VPI/VCI值对的缓存器填充水平超过缓存器填充门限。然后一个资源管理(RM)信元被送往端系统。

下面列出反馈模块44的伪代码，相应的SDL代码如附图8所示。

BEGIN{Receive a CR}

　  receive a CR for a VPI/VCI from Controller

　　default_CR：＝CR

　　END {Receive an CR}
				
				<dp n="d12"/>
　　BEGIN{RM.cell timer expires}

　　RM.cell timer expires

　　create RM.cell

　　write default.CR into RM.cell

　　send RM.cell to end-system

　　restart RM.cell timer
　　END{cell arrival from network}

下面考虑缓存器模块40。

缓存器在附图9中详细描述。其功用是以信元中包含的VPI/VCI值对为基础存储输入数据信元。缓存信元给了端系统14(附图1)时间来响应模块44的反馈信号。缓存器模块40的另一功能是在达到缓存器填充门限后给控制器38送一信号，指示端系统没有响应反馈信号(这又使控制器38重新向端系统发送CR，如上所述)。缓存器40还在超过了某个VPI/VCI值对的最大缓存分配时丢弃收到的信元。这是通过缓存器溢出实现的。

DBC 20用于控制接入到交换系统所需的缓存器的大小可以相对小一些。例如，如果DBC 20有一个来自所有信号源的复用输入速率150Mbit/s，那么如果到端系统的环回时延是100us，则无论何时CR值改变，环回上的信元都将少于35个。

公用存储区56的大小要适应突发公差的变化，因为这种速率的变化只会引起少量的额外信元到达(例如35个信元左右)。给相应的VPI/VCI值对指定的固定信元位置由附图9中的参考数字58指定。这些位置上的信元代表了多个队列中的前端信元，每个队列都有自己的VPI/VCI值对。换句话说，在附图9中队列可被看作是水平排列，起始信元在右侧。到达缓存器40的信元在队列以先进先出(FIFO)方式排列。

当从整形器/复用器模块4的整形器部分收到适当的信号时，信元就被从缓存器模块40中清除，如下列缓存器模块伪代码定义所示：

BEGIN{Receive a cell}

　  receive a cell

　　IF there is room in the buffer THEN
				
				<dp n="d13"/>
　　put cell in buffer

　　increment buffer-fill level

　　IF buffer-fil level＝Threshold THEN

　　transmit buffer-full signal to CONTROLLER

　　ELSE

　　do nothing

　　END{Receive a cell}

　　BEGIN{Reeeive a fetch}

　　receive a VPI/VCI fetch signal from the SHAPER/MUX

　　pass cell from buffer to the SHAPER/MUX

　　decrement buffer-fill level

　　END{Receive a fetch}

相应的SDL图表示在附图10中。

现在结合附图11看附图4，整形器/复用器模块42从缓存器模块40移出信元并通过网络交换机将它们发送到它们的目的地。模块42包括两部分，即复用器60和整形器62。对每个VPI/VCI值对，整形器保持了一个持续信元速率(CR)和一个定时器。

流入输出32的信元流经整形器整形，使得不大于突发公差τ的脉冲不经整形器62延时即可通过。但是，如果由不同VPI/VCI值对表示的多个传送同时突发，则复用功能可能会延时一个信元。在这种情况下，复用器60给每个活动的VPI/VCI值对分配DBC输出带宽的合理部分。这是通过以循环方式轮询活动的VPI/VCI值对来实现的。等候时间等于或超过估计的间隔T的信元被打上较高的优先级“cell must go”的值。复用器将首先拾取这些信元(见附图11)。如果大于突发公差信誉值的脉冲到达，整形器将强制信元等待。从下列伪代码中整形器/复用器模块42的详细操作可看得很明显：

1.

　　BEGIN{STAE＝ACTIVE}

　　receive a cell.waiting[VPI/VCI] signal from buffer

　　IF burst credit ok THEN

　　cell.can.go：＝TRUE
				
				<dp n="d14"/>
STATE：＝WAIT for multiplexer
ELSE{burst creidt not ok}
STATE：＝WAIT for credit timer to expire
END

2.

  BEGIN{STATE＝WAIT for creidt timer to expire}

　　creidt timer expires

　　increment burst tolerance credit counter

　　cell. can.go：＝TRUE

　　cell.must.go：＝TRUE

　　STATE：＝WAIT for multiplexer

　　END

3.

BEGIN{STAE＝WAIT for multiplexer}
receive a fetch.cell[VPI/VCI] from multiplexer
decrement credit counter
cell.can.go：＝FALSE
   cell.must.go：＝FALSE
STATE：＝ACTIVE
END

4.

  BEGIN{STATE＝WAIT for multipler}

　　creidt timer expires

　　IF credit counter＜t THEN

　　increment credit counter

　　ELSE

　　do nothing

　　cell.must.go：＝TRUE
　　END

5.

  BEGIN{STATE＝SHAPER ACTIVE}

　　credit timer expires
				
				<dp n="d15"/>
   IF credit counter＜t THEN
   increment credit counter
   ELSE
   do nothing
   cell.must. go：＝TRUE
   END

6.

  BEGIN {STATE＝SHAPER. CR ACTIVE}
new CR advised(T，t)
next T：＝T
nextcredit：＝t

　　END

7.

  BEGIN {STAE＝SHAPER TIMER ACTIVE}

　　timer expires

　　reset timer(nexT)

　　END

8.

  BEGIN {STATE＝MULTIPLEXER ACTIVE}

　　output cell timer expires

　　index：＝pointer

　　REPEAT{1st loop of searching for cell.must.go}

　　increment index

　　IF cell.must.go[index] THEN

　　pointer：＝index

　　fetch cell[index] from buffer

　　send fetch cell signal to SHAPER

　　STATE：＝MUX.ACTIVE

　　ELSE

　　IF index＝max.buffer.size THEN

　　index：＝0

　　UNTIL index＝pointer
				
				<dp n="d16"/>
　　REPEAT{2nd loop of searching for cell.can.go}

　　increment index

　　IF cell.can.go[index] THEN

　　pointer：＝index

　　fetch cell[index] from buffer

　　send fetch cell signal to SHAPER

　　STATE：＝MUX.ACTIVE

　　ELSE

　　IF index＝max.buffer.size THEN

　　index：＝0

　　UNTIL index ＝ pointer

　　send no.cell.waiting.signal
END

当CAC 18从控制器38收到带宽请求后，它必须首先判断是否有足够的带宽来满足预定的最小的带宽。如果在监视信元已被缓存了多长时间的定时器要超时的时候还没有足够的带宽，将从其他用户中“抢”带宽，如下所述。然后带宽已分配的证实信号被送给控制器38，它再通过反馈模块将带宽分配转发给端系统。

应理解如果DBC 20请求改变某一传送的分配的带宽，CAC必须控制网络的其他负荷以使网络容量得到最有效的利用。下面描述的是克服业务流量重新均衡问题的连接许可控制方法。

现在介绍两种连接许可控制方法，都能解决业务流量重新均衡问题。换句话说，如果一个传输变为静止或新近激活，就要判断需为其他传送产生多少其他控制消息。目标是使控制消息的数目尽可能地小。下面描述的方法一般适用于系统中其他不需要预定的带宽且可接受可变级别的带宽的负荷。

第一种方法是一种相对简单的连接许可控制方法，不包含实际的重新均衡。在这种方法中，一个新近激活的传送(VPI/VCI值对)被给予一个持续的信元速率，并保持到该传送重新静止。只有当它在随后重新激活时该传送才得到一个不同的CR。这意味着一个VPI/VCI值对的静止信号将不会造成与它共享容量的其他VPI/VCI值对产生控制信号。

上述方法可结合一种填充方法，包括(I)给最近激活的连接分配占整个可用容量一半的容量；(II)给下一个激活的连接分配还剩余容量一半的容量；(II)给下一个新激活的连接分配所剩容量一半的有效容量等等。此方法可逐条链路地用于以VPI/VCI值对标识的整个路由，产生最小有效容量的是反馈给DBC 20的CR的决定因数。

它表明有一个VPI/VCI值对的新激活信号将不会给与它共享容量的其他VPI/VCI值对产生控制信号。

由于DBC 20的设计使得只有在VPI/VCI值对处于活动检测器36(附图4)的活动状态时，一个用户才能占用网络的一块大的有效容量，并且用户产生的信元速率与有效带宽值相近(参照上述活动检测器的信元计数功能)，因此用户只有在他们准备为他们使用的相应的较大负荷负费时才能保持大的有效带宽。

在足够长的时间内不会有用户被故意地给予较少的容量，在这个意义上说，上述方法对用户是公平的。

但是，在某些情况下需要增加需保证分配较大的带宽的用户的数量。这需要由下述第二种经改进后的方法来完成。

在上述情况下，原理上是如果激活信号使其他VPI/VCI值对产生了控制信号，应使此信号限制为每条链路一个，即最富有(最大容量)的VPI/VCI值对。这可称为受限重新均衡方法或“仅从最大取”(RobinHood)方法。

最好能用一个填充方法例子说明上述方法：

(I) 第一个最近激活的VPI/VCI值对被分配等于整个可用容量一半的有效容量；

(II)下一个新激活的连接被分配剩余容量的一半再加上第一个VPI/VCI值对的有效容量的1/5；(即当前富裕的)；

(III)下一个新激活的连接被分配剩余容量的一半再加上当前最富裕的1/5；；

为说明这一过程，可以设想一条容量为100Mbit/s的链路。上述步骤就导致下述示例步骤：

(I)第一个最近激活的VPI/VCI值对得到50Mbit/s，剩余50Mbit/S；

(II)下一个VPI/VCI值对得到剩余容量的一半(即25Mbit/S)再加第一个的1/5，这意味着第一个现有40Mbit/S，而第二个有35Mbit/S；

(III)再下一个VPI/VCI值对得到剩余容量的一半，即12.5Mbit/S再加上第一个的1/5，因此第一个现有32Mbit/S，而第二个仍有35Mbit/S，第三个有20.5Mbit/S等等。

注意现在有更多的用户得到大容量，但仍要在链路上传送一条额外的控制消息。这就是受限的重新均衡或“Robin Hood”策略。

上述过程可逐条链路地重复从而将此方法推广到有多条链路的路由。得到最小有效容量的链路就是回送给DBC的CR值的决定因数。现在使用这个有效容量值，CAC逐条链路地取这条链路上剩余容量的一半分配给它，额外需要的从该条链路上的最富有VPI/VCI值对上取。因此，这样对送给网络的每个VPI/VCI激活信号至多只产生一个额外的CR控制消息。而一个静止信号仍不产生额外的控制消息。

这种方法使一个用户不可能在其他用户变为活动时保持一非常大的容量。另外，还可在将负荷均衡的难度保持最小的同时给予尽可能多的用户以较大的容量。

总之，这里提供了一种交换异步传送数据信元的宽带交换系统，一个动态带宽控制器(DBC)控制了数据信元输入到系统的输入端口，数据信元是从多个端系统发送的。

当端系统开始发送数据信元时，DBC检测到有输入信元并从系统的组成部分CAC请求带宽。

交换系统存储了一张连接到入口的多个信号源与各自的最小传送带宽关系的表，且最好还有最大延时。当检测到在输入端口上有某个信号源的信元到达时，DBC向CAC发送一个请求相应带宽的信号并延迟传送信元直到分配了最小的带宽。这一延迟是通过向输入端口回送一信元速率指示信号将信号源置于暂停模式来实现的。如果在相应的最大延时前没有分配带宽，就将从其他信号源抢带宽来分配。

Claims

1.一种宽带交换系统，包括至少一个入口用于到相应信号源的连接，和至少一个出口用于到接收系统的连接，交换系统包括至少一个将携带信息的异步传送数据信元从入口传送到出口的交换机，系统控制装置通过上述交换机接收并建立入口和出口之间的连接，带宽控制装置用来回送一指示信号至入口并传送给信号源，检测从信号源到入口的输入信元，并自动根据上述信元检测使系统控制装置分配预定的带宽传送信元至出口，系统还包括表存储装置用来存储一张信号源和预定带宽关系的表，带宽控制装置包括识别被检测信元的源以识别与被检测信元相关联的预定带宽的装置，带宽控制装置根据上述信元检测向入口发送一反馈信号使信号源收到后暂停输入信元直至分配到预定的带宽。

2.根据权利要求1的系统，其特征在于，指示信号是一信元速率指示信号。

3.根据权利要求2的系统，其特征在于，带宽控制装置用来延时在传送起始时从信号源接收到的信元，并在此后进行所述预定的带宽分配。

4.根据权利要求3的系统，其特征在于，表还将最大传送时延与信号源相关联，且其中带宽控制装置用来使系统控制装置至少在上述最大时延时间内分配上述预定的带宽，并以用所分配带宽通信的信元速率将上述信元速率指示信号回送给入口以传送给信号源。

5.根据权利要求1的系统，其中带宽控制装置用来向一信号源分配比该信号源相应的预定带宽少的带宽，更进一步用于降低在此入口收到的信元的优先级，使得输入到交换机的未降低的信元的带宽不超过所分配的带宽。

6.根据权利要求2的系统，其特征在于，带宽控制装置包括用来发送一最大信元速率值给入口以传送至认定的信号源来通知信号源向入口输入信元的最大允许的速率的反馈装置。

7.根据以上任一条项权利要求的系统，其特征在于，带宽控制装置用来在判定一信号源不活动时，自动地使系统控制装置为从一特定信号源来的信元释放带宽。

8.根据以上任一项权利要求的系统，其特征在于带宽控制设施包括一个缓存器用于延迟发送信元给交换机直至已为上述信元分配了带宽。

9.根据权利要求6的系统，其特征在于，当检测发现收到从一个信号源来的信元但还没有为从该信号源来的信元分配带宽时，让反馈设施向入口发送一条暂停指令给信号源接收，并使该信号源停止向该人口输入信元。

10.根据要求4的系统，其特征在于，带宽控制装置包括用来计算信元被延迟的时间的计时装置.

11.根据权利要求10的系统，其特征在于，包括用来在信元被延迟预定的时间段后将信元从缓存器删除的信元删除装置。

12.一种操作宽带交换系统用于从系统的一个入口通过至少一个交换机传送携带信息的异步传送数据信元到系统的一个出口的方法，该方法包括存储预定带宽和与入口连通的一个信号源关系的信息，在该入口检查从上述信号源来的输入信元，自动根据上述检测在系统中提出一请求信号来分配上述带宽，当上述预定的带宽不能在系统中分配时有选择地延时到出口的信元传送，并在进行分配后准许信元传送。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于，上述延时通过向入口发送的将信号源处于暂停模式的反馈信号实现。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于，反馈信号是信元速率指示信号。

15.一种宽带交换系统，包括至少一个用于到相应信号源的连接的入口和至少一个用于到接收系统的连接的出口，交换系统包括至少一个将携带信息的异步传送数据信元从入口传送到出口的交换机，系统控制装置通过上述交换机接收并建立入口和出口之间的连接，带宽控制装置用来回送一指示信号至入口并传送给信号源，检测从信号源到入口的输入信元，系统还能自动判断是否有从信号源到出口传送信元的预定的带宽，并通过上述指示信号将此带宽提供给信号源。

16.一种宽带交换系统，有至少一个用于到相应信号源的连接的入口和至少一个用于到接收系统的连接的出口，交换系统包括至少一个将携带信息的异步传送数据信元从入口传送到出口的交换机，系统控制装置通过上述交换机接收并建立入口和出口之间的连接，存储与标识的接收系统相关的预定的带宽值的装置，传送控制装置用于在从一信号源来的上述预定的带宽值相应的带宽等级的信元没有带宽时，向信号源送一信号源-暂停反馈信号，只有上述带宽级别可用时该信号源才被允许经入口发送信元。