專利名稱：在接入節(jié)點的atm交換設備中實現(xiàn)gfr業(yè)務的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明總的來說涉及電信領域。確切地說，本發(fā)明涉及在接入節(jié)點的異步傳輸模式(ATM)交換設備中實現(xiàn)保證幀頻業(yè)務(GFR)的一種系統(tǒng)和方法，但本發(fā)明并不局限于此。
背景技術(shù)：
遠程接入市場正在經(jīng)歷一個大的轉(zhuǎn)變。三個因素促成了這種轉(zhuǎn)變。第一是用戶數(shù)量的增長，例如需要高性能因特網(wǎng)的和多媒體遠程接入的小型辦公/居家辦公(SOHO)用戶數(shù)量的增長。在電信方面自由化的政府行為是另一因素，各地通過消除本地市場規(guī)范來培育更為廣泛的競爭。第三因素，也是最后一個因素，是公共電話交換網(wǎng)(PSTN)的擁塞，PSTN的設計和開發(fā)原本只是為了語音業(yè)務量。
電信技術(shù)的若干重大進展使得電信網(wǎng)絡的骨干連接能夠具備高吞吐量。例如，通過在同步光網(wǎng)(SONET)/同步數(shù)字體系(SDH)物理層上實現(xiàn)異步傳輸模式(ATM)網(wǎng)絡技術(shù)，電信網(wǎng)絡能夠達到幾百兆比特每秒(Mbps)的數(shù)據(jù)速率。但是，為滿足遠程接入的帶寬需求所做出的努力受限于電信局中心局(CO)和用戶的遠端站點之間已有的雙絞銅線基礎設施(也就是接入網(wǎng))，一般稱作本地環(huán)路。在電信領域中，這些限制有時統(tǒng)一稱作“最后一公里”問題。
為避免最后一公里問題所產(chǎn)生的瓶頸，當前接入網(wǎng)解決方案在本地環(huán)路中也采用光纖技術(shù)。與利用高速電信網(wǎng)一樣，基于光纖的本地環(huán)路基礎設施的體系結(jié)構(gòu)一般采用SONET作為物理層技術(shù)。除了網(wǎng)絡設計的改進，隨著光部件和相關光電子的最近進展，使得寬帶接入日趨普及。
此外，伴隨著因特網(wǎng)用戶數(shù)量的顯著增長，產(chǎn)生了對用分組交換網(wǎng)(PSN)基礎設施(例如，那些基于因特網(wǎng)協(xié)議(IP)進行尋址的基礎設施)來替代當前電信網(wǎng)所采用的已有電路交換網(wǎng)絡(CSN)基礎設施的濃厚興趣。從網(wǎng)絡運營商角度來講，分組交換基礎設施中固有的業(yè)務總量使得每個最終用戶的傳輸成本和基礎設施成本得以降低。最終，這種成本的降低使得網(wǎng)絡運營商能夠?qū)⒂纱斯?jié)省的成本轉(zhuǎn)移到最終用戶身上。
因此，正在開發(fā)一種新型的以業(yè)務為中心的網(wǎng)絡(不同于已有的以話音為中心和數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡)，用以實現(xiàn)眾所周知的下一代網(wǎng)絡(NGN)基礎設施，在下一代網(wǎng)絡基礎設施中綜合的話音/數(shù)據(jù)/視頻應用可以利用端到端傳輸路徑中PSN上的分組傳輸機制來提供。前面間接提到，人們相信，在接入網(wǎng)中采用分組網(wǎng)絡基礎設施能夠提供更高的傳輸效率，更低的操作和運營成本，以及統(tǒng)一的接入。
傳統(tǒng)接入系統(tǒng)允許接入數(shù)字本地話音交換機，例如第5類交換機，這通過延伸多根金屬環(huán)路，并將它們集中成一束，從而高效傳送時分復用(TDM)話音業(yè)務量來實現(xiàn)。一般情況下，這種接入網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)使用多種配置下的一個或多個接入節(jié)點，前述配置可以是例如點對點鏈、環(huán)等，其中接入節(jié)點自身可以包括多個信道組，后者提供的線路接口服務于大量用戶。
但是，為了提供更好的功能和業(yè)務提供，要求當前的接入網(wǎng)支持先進的傳輸技術(shù)，例如SONET，對于節(jié)點的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是如此。在這些節(jié)點中，ATM用于承載除傳統(tǒng)的TDM業(yè)務，如T1和TDM-DS3業(yè)務之外的大部分用戶業(yè)務量。因此，接入節(jié)點設計需要支持TDM和ATM交換設備。
ATM論壇提供了一組規(guī)范，用以管理ATM交換設備的不同方面，包括業(yè)務監(jiān)管/整形功能，這些功能是支持不同業(yè)務類別(CoS)，例如恒定比特率(CBR)、可變比特率(VBR)、保證幀頻(GFR)和類似業(yè)務類別所必需的。雖然特定數(shù)據(jù)應用對提供GFR業(yè)務的需求尤為迫切，但標準ATM規(guī)范沒有給出具體實現(xiàn)或設計細節(jié)。
另一方面，人們發(fā)現(xiàn)當前ATM應用中已知的GRF實現(xiàn)在特定重要問題方面有所欠缺。首先，已有的GRF方案通常需要使用大量存儲器，因為它們使用的緩沖器結(jié)構(gòu)為GFR流的保證和非保證部分共享。此外，結(jié)合這些方案不夠多樣，不足以匹配ATM規(guī)范中可應用的GFR業(yè)務屬性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種在ATM環(huán)境(例如接入節(jié)點的ATM交換設備)中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方案，該方案有效地克服了前述不足。根據(jù)采用的業(yè)務量監(jiān)管器/整形器算法計算得到的時間戳，GRF流的調(diào)整在兩種模式，保證速率模式和非保證速率模式之間切換，從而在帶寬可用情況下，可以實現(xiàn)高于最小保證速率的速率。
一方面，本發(fā)明涉及一種在具有異步傳輸模式(ATM)交換設備的接入網(wǎng)元中實現(xiàn)保證幀頻(GFR)業(yè)務的方法，包括步驟將識別出的用于保證業(yè)務的入信元壓入保證流隊列中；在確定保證業(yè)務幀開始時，從所述保證流隊列中調(diào)度信元，通過所述ATM交換設備以保證速率傳輸；確定調(diào)度下一保證業(yè)務幀的未來時間戳(TSGF)；確定從所述保證流隊列中以非保證速率調(diào)度信元的未來時間戳(TSNGF)；當所述TSNGF早于所述TSGF，調(diào)度來自所述保證流隊列的信元，以所述非保證速率傳輸；以及，在到達所述TSGF時，調(diào)度下一保證業(yè)務幀的信元，以所述保證速率傳輸。
另一方面，本發(fā)明涉及一種在具有異步傳輸模式(ATM)交換設備的接入網(wǎng)元中實現(xiàn)保證幀頻(GFR)業(yè)務的系統(tǒng)，包括一個GFR監(jiān)管塊，用于將識別出的用于保證業(yè)務的入信元壓入保證流隊列中；一種調(diào)度裝置，在確定保證業(yè)務幀開始時，從所述保證流隊列中調(diào)度信元，通過所述ATM交換設備以保證速率傳輸；確定調(diào)度下一保證業(yè)務幀的未來時間戳(TSGF)的裝置；確定從所述保證流隊列中以非保證速率調(diào)度信元的未來時間戳(TSNGF)的裝置；當所述TSNGF早于所述TSGF，調(diào)度來自所述保證流隊列的信元，以非保證速率傳輸?shù)难b置；以及，在到達所述TSGF時，調(diào)度下一保證幀的信元，以所述保證速率傳輸?shù)难b置。


通過下面的詳細描述，并結(jié)合附圖，可以對本發(fā)明有更為全面的理解，在附圖中圖1給出了示例性的接入節(jié)點，該節(jié)點的ATM交換設備中可以有利地實現(xiàn)本發(fā)明的內(nèi)容；圖2給出了多層多平面調(diào)度器的一種實施方式，它在圖1所示ATM交換設備中實現(xiàn)GFR業(yè)務；圖3描述的高層功能框圖說明了實現(xiàn)本發(fā)明內(nèi)容的調(diào)度器漏桶模塊和優(yōu)先級隊列模塊；圖4的流程圖描述了按照本發(fā)明的內(nèi)容實現(xiàn)GFR業(yè)務的示例性方法中用到的各種操作；圖5給出了實現(xiàn)本發(fā)明GFR業(yè)務的系統(tǒng)；圖6是GFR監(jiān)管方案的一種表示；圖7的流程圖描述了GFR監(jiān)管方案中用到的操作；圖8的流程圖描述了按照本發(fā)明的內(nèi)容的超時處理中用到的操作；以及圖9給出了驗證過期時間值的多段定時窗口方案。
具體實施例方式
下面根據(jù)Mudhafar Hassan-Ali等人同一天提交的題為“HierarchicalScheduler Architecture For Use With An Access Node”的美國專利申請，申請?zhí)枮?0/280,894(代理人卷號1285-0103US)的共同擁有共同未決美國專利申請(此后稱為分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請)的教導，給出本發(fā)明的一種實施方式，前述專利申請在此引用并入本發(fā)明。在該申請中詳細描述到，接入網(wǎng)中的電信節(jié)點可以包括一種可調(diào)整的體系結(jié)構(gòu)，其中提供TDM和ATM交換設備，用以支持性能水平的提高。
此外，與ATM交換設備關聯(lián)的調(diào)度功能可以按照業(yè)務類別(也就是業(yè)務平面)，并且跨多種層次數(shù)據(jù)管道集(也就是子端口、總線級、架級、棧面級以及管道級等等，視為各種聚合層)進行劃分，這對可調(diào)整硬件體系結(jié)構(gòu)而言是必要的，這樣，接入網(wǎng)絡節(jié)點的ATM交換設備中能夠有效實現(xiàn)業(yè)務量合同遵從，以及必要連接隔離和公平帶寬分配。
下面參看本專利申請的附圖，其中相同或類似的元件在幾張圖中標以相同的標號，給出的各種元件不一定按比例繪出，尤其是參看圖1，該圖描述了一種例示性的接入節(jié)點100，它具有ATM交換設備102的高層功能性表示，設備102可以有利地實現(xiàn)本發(fā)明的教導。在前面引用的分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請中解釋了，交換設備102的總體功能包括監(jiān)管；運行、管理和維護(OAM)；信頭轉(zhuǎn)換；排隊和許可控制；以及調(diào)度和業(yè)務量整形?？梢院苋菀椎乜闯?，發(fā)往交換設備102的業(yè)務量通過多個接口提供。傳輸接口104用于將節(jié)點的設備連接到骨干網(wǎng)，例如ATM網(wǎng)絡105。棧面接口106用于將業(yè)務量從輔架組鏈107(例如包括分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請的圖5所示信道組506-1到506-4，以及信道組508-1到508-4)傳送到交換設備102。通過線路單元(LU)107-1到107-N的多個用戶接口舉例說明了各種業(yè)務源，如xDSL，T1，ISDN，DS-3/OC-3等，這些業(yè)務源可以通過適當?shù)目偩€級端口109-1到109-N，與交換設備102相連。線路單元接口中的一個接口可以連接到作為接入網(wǎng)(未在該圖中示出)一部分的RT111。
針對內(nèi)部ATM業(yè)務量可以定義兩種類型ATM連接虛信道連接(VCC)和虛通道連接(VPC)。VCC一般是ATM連接能有的最小單元，可以由包括一對物理接口上的標識符，也就是虛信道標識(VCI)和虛通道標識(VPI)的唯一值來表示。VPC則定義為共享同一VPI值和共同資源池(例如帶寬等)的一組全部的流。因此，可以看出，VP是一束VC，這樣，通過減少需要管理的部件數(shù)量，簡化了ATM環(huán)境下的連接管理，其中每個連接由其唯一VPI/VCI對來標識。
從拓撲角度來看，VCC或VPC可以是以下兩種類型之一(i)點到點連接，其中建立雙向連接，且每個方向中的信源可以不同，以及(ii)點到多點連接，它通常采用多個單向連接，在設備間實現(xiàn)組播傳輸。
此外，也可以在本發(fā)明中實現(xiàn)另一層ATM連接層次，稱為虛擬組連接或VGC。有關VGC實現(xiàn)的細節(jié)在Mudhafar Hassan-Ali等人同一天提交的題為“Virtual Group Connection Scheme For ATMArchitecture In An Access Node”，美國專利申請?zhí)?0/280,604；(代理卷號為1285-0099US)的共同擁有共同未決美國專利中給出，該專利通過引用并入。
因此，進入交換設備102(其功能可以以ATM交叉連接交換設備(XCF)卡形式實現(xiàn))的流的入口業(yè)務量管理一般包括三個階段監(jiān)管、VC隊列/緩沖器分配和整形/調(diào)度。在一種實施方式中，與這些級相關的硬件可以整合到XCF卡中。監(jiān)管器的主要功能是確保接收的信元與所應用的連接描述符一致。如果不一致，就可以通過清除/設置信元頭中的信元丟棄優(yōu)先級(CLP)來丟棄入信元或者打標記(也就是帶標記)。一般來說，監(jiān)管功能采用ITU-T1.371和ATM論壇ATMF-TM-121標準中描述的眾所周知的算法來實現(xiàn)。實際上，這些算法(一般稱為通用信元速率算法或GCRA)采用所謂的信貸計數(shù)器，稱為桶(bucket)，以及信貸，稱為令牌。在接收到信元時，如果計數(shù)器(也就是桶)有足夠的信貸(也就是令牌)，那么接納該信元；否則，該信元標記成低優(yōu)先級信元或者被丟棄。此外，在分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請中解釋了，基于GCRA的算法可以在所謂的漏桶模塊(LBM)中實現(xiàn)，用以實現(xiàn)若干ATM業(yè)務類別(基于業(yè)務類別(CoS)排序，業(yè)務類別由類似于時間敏感性、峰值和持續(xù)帶寬保證、突發(fā)性和交付保證等因素定義)的業(yè)務量監(jiān)管和業(yè)務量整形(也就是調(diào)度)。
層次調(diào)度功能通過優(yōu)先級隊列模塊(PQM)(該圖中未示出)實現(xiàn)，其中各層對條目實現(xiàn)調(diào)度功能，根據(jù)流集合，該條目可以是以下之一子端口、總線、端口和管道。實際上，當交換設備接收到新流的信元時，該數(shù)據(jù)流由調(diào)度器中的一個條目如下表示。從LBM接收到流ID(也就是FID)，基于CoS/QoS，流數(shù)據(jù)(也就是FID和時間戳或TS)，存儲在應用的第一層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。在第一層的所有的競爭子端口中(例如線路單元的不同流)，層仲裁器只會選擇一個具有最小TS的子端口，然后將它轉(zhuǎn)發(fā)給下一層的仲載機構(gòu)，也就是第二層仲裁。第二層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應包含不同子端口的“優(yōu)勝FID/TS”數(shù)據(jù)。同樣，只有一個具有最小TS的條目被選出，轉(zhuǎn)發(fā)給第三層。對其它的聚合層如此重復這種處理，最終得到每種業(yè)務優(yōu)先級類的優(yōu)勝提名(也就是優(yōu)勝信元的FID/TS數(shù)據(jù))。在分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請中還指出了，對每個業(yè)務類平面執(zhí)行這種層基仲裁，從而得到每個平面的優(yōu)勝提名，這樣，考慮CoS的基于時間戳的仲裁器對各個業(yè)務平面的優(yōu)勝者進行仲裁，選擇最終的優(yōu)勝者。
因此，應當認識到，各層的仲裁涉及管理與其相關的PQ結(jié)構(gòu)，用于選擇該層的優(yōu)勝者。一般來說，PQ結(jié)構(gòu)以樹的形式實現(xiàn)，其中數(shù)據(jù)節(jié)點(代表例如接納信元或低層選擇的信元的TS/FID)按照特定插入/刪除準則安置。圖2給出了一種多層、多平面調(diào)度器200的實施方式，它在圖1所示ATM交換設備中實現(xiàn)調(diào)度功能，為MC流提供服務。各個聚合層的調(diào)度器200的每一個PQ實體都以樹結(jié)構(gòu)示出，得到每個業(yè)務平面的總嵌套樹方案。下面的表給出了各個示例性業(yè)務以及相關的參數(shù)信息
表1

與參數(shù)數(shù)據(jù)和QoS級別相關的其它細節(jié)可以參見分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請。繼續(xù)圖2，標號206-1到206-6分別指以下業(yè)務平面rt[CBR/VBR]-高平面，rt[CBR/VBR]-中平面，rt[CBR/VBR]-低平面，nrt-VBR和GFR平面，GFR平面，以及UBR(也就是，可用最佳)平面。標號208是指對應于子端口仲裁器1305-i的PQ樹，其中PQ樹基于相應子端口所支持的VC連接生成。實際上，調(diào)度器的每個子端口采用(或者構(gòu)造)一個PQ，它是存儲所有活躍FID的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(也就是與該FID相關的VC隊列至少有一個信元)。所有子端口仲裁器的優(yōu)勝者(例如，子端口仲裁器222-i和222-j)都被轉(zhuǎn)發(fā)，填充與總線級仲裁器224-1相關聯(lián)的下一級PQ樹結(jié)構(gòu)210。同樣，總線級仲裁器224-1和224-k轉(zhuǎn)發(fā)各個選擇給架級PQ結(jié)構(gòu)212。架級仲裁器214、棧面接口216、傳輸層接口218轉(zhuǎn)發(fā)它們的選擇給管道級仲裁器220，后者為特定業(yè)務平面選擇一個優(yōu)勝提名。
多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以用于實現(xiàn)本專利申請所提出的層次調(diào)度中使用的樹基PQ。在本發(fā)明的一種示例性實施方式中，PQ實體可以以堆結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。雖然堆實現(xiàn)通常在存儲器使用方面表現(xiàn)優(yōu)異，它受限于其算法復雜性，后者在高速設計中會使吞吐量受限。因此，在另一實現(xiàn)方式中，每一層特定的PQ實體作為綜合“日歷堆”結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，綜合“日歷堆”結(jié)構(gòu)的詳細描述由Mudhafar Hassan-Ali等人同一天提交的題為的“Calendar Heap System And Method For EfficientSorting，”，美國申請?zhí)枮?0/281,033；(代理卷號為1285-0101US)，該專利通過引用并入。
現(xiàn)在參看圖3，給出的高層框圖說明了一種交換設備卡300，它包括調(diào)度器塊310，用于按照本發(fā)明的內(nèi)容實現(xiàn)接入節(jié)點中的GFR業(yè)務。調(diào)度器塊310包括PQM302和LBM308，兩者之間的多個接口實現(xiàn)與調(diào)度器操作相關的消息/數(shù)據(jù)通信。這些接口包括過期接口314，優(yōu)勝者流接口316，堆/流重連接接口318，以及堆/流插入接口320。PQM塊302還與多個存儲器塊304-1到304-4接口，用以存儲與上述分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)相關的各個PQ數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。連接到PQM塊302的控制存儲器306存儲與PQM操作相關的控制程序代碼。
LBM塊308也與一個或多個存儲器塊，例如存儲器312接口，用以存儲與LBM實現(xiàn)的監(jiān)管和整形算法處理相關的信息。在一種實現(xiàn)中，LBM用漏桶計算器作為狀態(tài)機，它按照業(yè)務量合同和它所屬連接的歷史決定信元是否合格。在用于監(jiān)管時，該狀態(tài)機決定入信元是否符合要求，而用于整形時，它決定信元符合業(yè)務要求的時刻。根據(jù)業(yè)務類別的不同，提供了帶有特定參數(shù)(也就是業(yè)務量描述符、漏桶參數(shù)(理論到達時間或TAT、TS值、信元到達時間等)的一個或多個特定算法處理，用以實現(xiàn)LBM的監(jiān)管和整形操作。下面將會詳細描述，本發(fā)明的GFR業(yè)務采用兩種不同的算法LB處理來實現(xiàn)，每種算法具有不同的參數(shù)集，可分別用于調(diào)整保證流部分和非保證流部分。
LBM塊308還與上下文存儲器模塊(CMM)332和隊列核心模塊(QCM)332接口，用以實現(xiàn)其整體功能，為該ATM交換設備服務的所有流維護漏桶信息。與CMM塊332關聯(lián)的信元到達接口348充當入信元的進入點。與CMM模塊332相關聯(lián)的上下文存儲器334用于存儲基于流的信息，例如QoS、FID、漏桶參數(shù)、目的路徑標記(DPT)信息等。此外，可以提供統(tǒng)計存儲器塊336，用以收集與該ATM交換設備卡300所服務的連接相關的性能監(jiān)控數(shù)據(jù)。入口流上下文信息和出口流上下文信息分別通過接口338和340提供給QCM塊322。頭/尾指針存儲器352和統(tǒng)計存儲器354連接到QCM塊322。與其相關聯(lián)的信元指針接口356基于調(diào)度操作指向符合業(yè)務條件的信元。
QCM塊322和LBM塊308之間的接口包括以下接口流激活接口324、流重連接和去活接口326、關閉連接接口328和超時接口330。LBM塊308和CMM塊332之間提供的優(yōu)勝信元接口342用于發(fā)送優(yōu)勝信元的相關信息。此外，還提供了時鐘管理塊344和具有一個處理器接口350的處理器接口模塊346。
考慮到上述各種結(jié)構(gòu)塊，LBM塊308的總體功能包括以下各項流激活當信元到達或與其FID相關的信元緩沖器以前是空的時，QCM發(fā)送流激活消息給LBM。該接口包含了與流相關的上下文存儲器中發(fā)現(xiàn)的信息。
優(yōu)勝流和流重連接/去活當PQM選擇某個流作為優(yōu)勝者時，將該流從它所屬的不同堆中刪除(例如根據(jù)聚合層)。如果特定流的信元緩沖中還有剩余的信元，那么LBM重新計算TS值，在PQ數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中重新連接該流。如果沒有剩余的信元，LBM計算該流的TS值，將其存儲在漏桶中，直至該流的另一信元到達。
關閉連接如果CAC抑制某個流，信元緩沖器會清除，F(xiàn)ID可以重用于其它連接。為了防止將舊的參數(shù)用于新連接，必須通知LBM該流已不再有效。
超時檢查漏桶存儲器，最好定期檢查，以防止存儲過期時間。
圖4的流程圖描述了按照本發(fā)明的內(nèi)容在ATM設備中實現(xiàn)GFR業(yè)務的示例性方法中用到的各種操作。在信元到達時(框402)，GFR監(jiān)管機制執(zhí)行業(yè)務量監(jiān)管，使得符合條件的信元正確地進入保證流隊列(框402)。在一種實現(xiàn)中，監(jiān)管器可以利用CLP比特，在不符合情況下標記信元；之后，信元可以在具有一個閾值GFRTH的緩沖器中排隊。此時，可以采用適當?shù)男旁獊G棄機制，這在分層調(diào)度器體系結(jié)構(gòu)申請中詳細描述。
實際上，GFR流的整形使得兩個獨立子流得以實現(xiàn)，其中一個流生成利用了具有業(yè)務量描述符參數(shù)峰值信元速率(PCR)和信元時延變化容忍度(CDVT)的GCRA處理，另一個流生成利用了稱為幀GCRA或F-GCRA的處理，除了PCR和CDVT參數(shù)之外，它還有最大信元速率(MCR)和最大突發(fā)大小(MBS)參數(shù)。在確定了幀的開始是保證的(也就是保證業(yè)務幀開始)，利用GCRA處理，調(diào)整包括該幀的保證流隊列的信元，以保證速率傳輸(框404)。如其他地方提到，保證速率可以按照采用的業(yè)務量合同預先確定。在保證業(yè)務幀調(diào)整結(jié)束時(也就是調(diào)度該幀的最后一個信元)，利用F-GCRA處理，確定下一保證業(yè)務幀的未來時間戳(TSGF)(框406)。將TSGF插入與保證業(yè)務子流相關聯(lián)的適當?shù)腜Q緩沖器中。另一時間戳，記為TSNGF，也利用LBM中的GCRA處理確定，用于調(diào)度來自保證流隊列的信元，以非保證速率進行傳輸(框408)。將TSNGF插入PQ緩沖器，后者可用于非保證業(yè)務速率，例如最佳可用業(yè)務或UBR業(yè)務。
從調(diào)度的保證模式(也就是GFR模式)到非保證模式(也就是“GFR-”模式，可以基于UBR)的切換基于兩個未來時間戳，也就是前面提出的計算得到的TSGF和TSNGF值。做出決定來驗證TSNGF值是否小于TSGF值；換句話說，TSNGF是否早于TSGF發(fā)生。如果是，將該流切換到非保證模式，也就是調(diào)度來自隊列的信元，以非保證速率發(fā)送(框410)，其中GCRA處理整形UBR/BE業(yè)務量流。當TSGF時間到時，流模式切換回GFR模式，其中調(diào)度下一保證業(yè)務幀的信元，以預定保證速率發(fā)送(412)。此外，如果在切換到GFR模式時，通過UBR模式調(diào)度了任何未完成幀的信元，這些為完成幀被丟棄。
現(xiàn)在參看圖5，該圖給出了實現(xiàn)本發(fā)明GFR業(yè)務的示例性系統(tǒng)500。前面間接提到，提供了GFR監(jiān)管塊502，利用基于CLP的標記，確保遵從業(yè)務量合同。采用具有適當閾值的保證流隊列504，將入標記信元壓入隊列。算法處理機制506形成了上述LBM塊的一部分，它計算在GFR和UBR模式之間切換所需的兩種類型時間戳。很明顯，算法處理機制506的功能可以通過硬件、軟件或者兩者的任意組合實現(xiàn)。標號508A代表了用于發(fā)送GFR信元的與GFR調(diào)度模式相關聯(lián)的PQ結(jié)構(gòu)(也就是堆)，前述GFR信元可以認為是從涉及保證業(yè)務幀的子流隊列510A發(fā)送。同樣，標號508B代表了用于發(fā)送UBR/BE信元的與非保證速率模式相關聯(lián)的PQ結(jié)構(gòu)，前述UBR/BE信元可以認為是從子流隊列510B發(fā)送。前面解釋過，算法處理器塊506在保證業(yè)務幀結(jié)束時，基于GCRA和F-GCRA處理計算未來時間戳，根據(jù)TS值在保證和非保證模式之間切換。
圖6是GFR監(jiān)管方案的一種圖形表示，該方案可以針對本發(fā)明實現(xiàn)。GRF監(jiān)管方案包括兩個階段，這兩個階段都涉及漏桶實現(xiàn)。第一階段是確定分組(或幀)是否符合條件。這通過測試以下條件來完成(i)信元到達與具有PCR和CDVT描述符的可用GCRA功能一致；(ii)幀中的所有信元具有相同CLP值；以及(iii)幀大小沒有超過MFS值。標號602代表了GCRA處理所檢查的信元流部分。第二階段(也是漏桶實現(xiàn))工作在幀級，利用具有適當業(yè)務量描述符參數(shù)的F-GCRA處理。標號604代表了F-GCRA處理所檢查的信元流部分。應當理解，執(zhí)行GFR監(jiān)管的最終結(jié)果是區(qū)分MCR保證發(fā)送的符合條件幀和可以考慮采用UBR/BE類型業(yè)務的不符合條件幀。圖7的流程圖描述了GFR監(jiān)管方法的附加細節(jié)。在ta信元到達時(框702)，判斷該信元是否是幀的第一信元(框704)。如果是，執(zhí)行涉及漏桶參數(shù)的特定計算和比較，如框706和708所示，其中X表示了漏桶計數(shù)器的值，LPT是最后通過時間，X’是輔助變量。如果X’大于L或者信元設置了它的CLP(也就是CLP＝1)，那么該幀就被認為是不符合條件。因此，或者實現(xiàn)可用最佳調(diào)度或者實現(xiàn)適當?shù)膩G棄策略(框710)。否則，該幀被認為是符合條件的，按照框712所示那樣計算桶計數(shù)器和LPT參數(shù)。這樣，以保證速率調(diào)度符合條件的幀(框714)。
如果信元不是該幀的第一信元，則作出另一判斷，確定該信元是否屬于一個符合條件的幀(判斷框716)。如果是，框720中計算特定LB參數(shù)，其中LPT設置成等于ta。之后，對符合條件幀實施保證速率調(diào)度(框722)。另一方面，如果該信元不屬于保證幀，則實現(xiàn)可用最佳調(diào)度或者實現(xiàn)適當?shù)膩G棄策略(框718)。
本領域技術(shù)人員應認識到，利用前面針對GFR實現(xiàn)提出的算法處理計算LB參數(shù)(TS、TAT等)的問題之一，是表示參數(shù)和系統(tǒng)時鐘的可用字大小是有限的。因此，一旦LB計算中采用的所有計數(shù)器和時鐘到達其各自的限度，它們翻轉(zhuǎn)回0。當然，這種限制并不局限于GRF業(yè)務；任何涉及基于LB的計算的CoS實現(xiàn)都存在相同問題。因為這種硬件限制，在執(zhí)行LB參數(shù)更新之后，可能會出現(xiàn)潛在問題，連接的流隊列變成空。一種方案是存儲更新結(jié)果并將它們與空的流隊列關聯(lián)起來。之后，當流再次變得活躍，并且流的第一信元到達時，可以使用存儲的LB數(shù)據(jù)。但是，沒有機制能夠指示該時鐘是否已翻轉(zhuǎn)，從而存儲的值已不再有效(因為它們已經(jīng)“失效”)。這樣，需要某種改進來跟蹤和維護參數(shù)數(shù)據(jù)，而不會有失效的風險。此外，希望有類似于后臺進程的方案，盡量減小對吞吐量的影響。
本發(fā)明有利地提供了一種方案，它解決了前面討論中提出的問題。實際上，算法處理用于確定各種CoS實現(xiàn)中涉及的LB參數(shù)的超時條件。在檢測到超時條件時，新的值被替代，再次活躍的流可以在適當?shù)臅r候參與調(diào)度。圖8的流程圖描述了按照本發(fā)明的內(nèi)容的超時處理中用到的操作。時間更新處理802最好作為后臺進程實現(xiàn)。前面間接提到過，基于業(yè)務類別計算LB參數(shù)；因此，針對涉及的CoS做出判斷(框804)。對CBR/UBR類型，檢查TAT1(單桶TAT)和TS(框806A)。對VBR業(yè)務，檢查TAT1、TAT2(雙桶TAT值)和TS。同樣，對GFR/UBT+業(yè)務，除了TAT1和TAT2值之外，還檢查兩個時間戳(TS＝TSNGF和tf/TS+＝TSGF)(框806C)。然后，判斷這些值中是否有過期值(判斷框808)。如果沒有，處理就繼續(xù)，進入循環(huán)(框822)。判斷框810判斷PQ樹中是否存儲了任何過期時間值。如果是，針對組播連接作出另一判斷(判斷框812)。如果時間值與組播連接相關，LBM和PQM之間的過期接口(圖3中示出)用于刪除過期樹，插入新的時間值。新值也提供給LBM。這些操作固定為框814。如果連接不是組播，LBM和QCM之間的超時接口用于清除信元緩沖器。之后，利用過期接口，從樹中刪除流。然后，在LBM中將FC參數(shù)設置成0?？?16在流程圖中合并了這些操作。如果PQ樹中沒有存儲過期時間值(判斷框810)，只向LBM提供新值；沒有過期或超時接口可用于刪除或清除(框820)。
圖9給出了按照本發(fā)明的內(nèi)容，驗證時間相關參數(shù)值過期的多段定時窗口900。定時窗口900由預定時長的4個段902A-D組成，形成了兩棵樹904A和904B，每一顆由兩段組成。過期驗證在窗口900中執(zhí)行兩次；一次在第一段902A中，用于驗證第二樹904 B中使用的時間是否過期，第二次是在第三段902C中，用于驗證第一樹904A中使用的時間是否過期。當實際時間到達了適當時間段的預定值時，開始檢查。如果PQM允許過期處理(也就是說，處理有足夠時間來處理過期命令)，那么在每個信元時段，過期塊檢查與一個流相關的定時參數(shù)。前面可以看出，根據(jù)CoS的不同，需要檢查多達4個時間值。當時間值的最重要比特(MSB)不同于實際時間的MSB時，該時間值被認為是過期的。此外，如果檢查到與連接相關的一個時間值已經(jīng)過期，那么該連接被認為是過期的。之后，象前面描述的那樣，提供適當?shù)奶幚韥砀滦碌臅r間值。
基于前面的討論，應當理解，本發(fā)明提供了一種在ATM環(huán)境中實現(xiàn)GFR業(yè)務的創(chuàng)新方案，該方案有效地克服了當前GFR實現(xiàn)的缺陷和不足，前述ATM環(huán)境可以是接入節(jié)點中的交換設備，也可以是區(qū)域范圍內(nèi)的傳輸網(wǎng)。通過將信元流的保證和非保證部分處理成兩個不同的子流，具有相關的業(yè)務量整形規(guī)則，不僅能使總體存儲器需求達到減小，而且還改進了吞吐量。另外，本領域技術(shù)人員很容易理解，盡管針對接入節(jié)點的ATM交換設備的分層調(diào)度器提出了本發(fā)明的組播方案，但這里包含的技術(shù)并不局限于該環(huán)境；它們也可以在其它ATM應用中實現(xiàn)。
通過前面的詳細描述，相信本發(fā)明的操作和構(gòu)造已經(jīng)很清楚。示出和描述的本發(fā)明實施方式是示例性的，應當理解在不偏離后附權(quán)利要求書所提出的本發(fā)明范圍的前提下，可以作出各種變化和改進。
權(quán)利要求
1.一種在具有異步傳輸模式(ATM)交換設備的接入網(wǎng)元中實現(xiàn)保證幀頻(GFR)業(yè)務的方法，包括步驟將識別出的用于保證業(yè)務的入信元壓入保證流隊列中；在確定保證業(yè)務幀開始時，從所述保證流隊列中調(diào)度信元，通過所述ATM交換設備以保證速率傳輸；確定調(diào)度下一保證業(yè)務幀的未來時間戳(TSGF)；確定從所述保證流隊列中以非保證速率調(diào)度信元的未來時間戳(TSNGF)；當所述TSNGF早于所述TSGF，調(diào)度來自所述保證流隊列的信元，以所述非保證速率傳輸；以及在到達所述TSGF時，調(diào)度下一保證業(yè)務幀的信元，以所述保證速率傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在接入網(wǎng)元中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方法，其中所述TSGF由具有參數(shù)峰值信元速率(PCR)、信元時延變化容忍度(CDVT)、最大信元速率(MCR)和最大突發(fā)大小(MBS)的算法處理來確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在接入網(wǎng)元中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方法，其中所述TSNGF由具有參數(shù)峰值信元速率(PCR)和信元時延變化容忍度(CDVT)的算法處理來確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在接入網(wǎng)元中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方法，其中將所述入信元壓入所述保證流隊列之前，所述入信元由GFR監(jiān)管機制進行監(jiān)管，以滿足條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在接入網(wǎng)元中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方法，其中在調(diào)度所述保證業(yè)務幀的最后信元時，確定所述TSNGF。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在接入網(wǎng)元中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方法，其中所述非保證速率用以支持未指定比特率(UBR)業(yè)務。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在接入網(wǎng)元中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方法，其中所述非保證速率用以支持可用最佳(BE)業(yè)務。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在接入網(wǎng)元中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方法，還包括丟棄未完成幀的步驟，這些未完成幀被調(diào)度以所述非保證速率傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在接入網(wǎng)元中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方法，還包括步驟驗證所述TSGF是否過期；以及如果過期，用適當?shù)男轮蹈滤鯰SGF。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在接入網(wǎng)元中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方法，還包括步驟驗證所述TSNGF是否過期；以及如果過期，用適當?shù)男轮蹈滤鯰SNGF。
11.一種在具有異步傳輸模式(ATM)交換設備的接入網(wǎng)元中實現(xiàn)保證幀頻(GFR)業(yè)務的系統(tǒng)，包括一個GFR監(jiān)管塊，用于將識別出的用于保證業(yè)務的入信元壓入保證流隊列中；一種調(diào)度裝置，在確定保證業(yè)務幀開始時，從所述保證流隊列中調(diào)度信元，通過所述ATM交換設備以保證速率傳輸；確定調(diào)度下一保證業(yè)務幀的未來時間戳(TSGF)的裝置；確定從所述保證流隊列中以非保證速率調(diào)度信元的未來時間戳(TSNGF)的裝置；當所述TSNGF早于所述TSGF，調(diào)度來自所述保證流隊列的信元，以非保證速率傳輸?shù)难b置；以及在到達所述TSGF時，調(diào)度下一保證幀的信元，以所述保證速率傳輸?shù)难b置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的在接入網(wǎng)元中實現(xiàn)GFR業(yè)務的系統(tǒng)，其中所述TSGF由執(zhí)行具有參數(shù)峰值信元速率(PCR)、信元時延變化容忍度(CDVT)、最大信元速率(MCR)和最大突發(fā)大小(MBS)的算法處理的漏桶模塊來確定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在ATM環(huán)境，例如接入節(jié)點的ATM交換設備中實現(xiàn)GFR業(yè)務的方案。根據(jù)采用的業(yè)務量監(jiān)管器/整形器算法計算得到的時間戳，GRF流的調(diào)整在兩種模式，保證速率模式和非保證速率模式之間切換。連接著監(jiān)管塊的調(diào)度器，在確定保證業(yè)務幀開始時，從保證流隊列中調(diào)度信元，通過ATM交換設備以保證速率傳輸。該調(diào)度器還在以非保證速率傳輸?shù)臅r間戳(TS
文檔編號H04L12/56GK1499783SQ200310102318
公開日2004年5月26日 申請日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者默德哈法·哈桑-阿里, 杰夫·門德爾松, 安妮·拉斯泰羅, 陳立勝, 雷迪米爾·希爾施圖特, 賽納·索爾托尼, 弗朗西斯科·莫雷諾, 爾 希爾施圖特, 拉斯泰羅, 斯科 莫雷諾, 索爾托尼, 門德爾松, 默德哈法 哈桑-阿里 申請人:阿爾卡特公司