用於載體級訪問的多訪問線路的高層捆綁的製作方法
2023-04-30 14:30:16
專利名稱：用於載體級訪問的多訪問線路的高層捆綁的製作方法
相關申請的交叉引用不適用關於由聯邦政府資助的研究和進展所作的有關發明權利的聲明不適用對「序列表」、表格或以光碟提交的電腦程式列表附件的參照不適用背景技術本發明一般涉及數字用戶迴路(DSL)技術，特別涉及用於有效地提供增加的帶寬和增強的可靠性的系統和方法。
對高速通信的一種建議方案是引入數字用戶迴路(DSL)技術。目前，存在著許多不同的DSL標準，包括異步DSL(ADSL)、高速DSL(HDSL)、甚高速DSL(VDSL)、同步DSL(SDSL)、同步高速DSL(SHDSL)、綜合服務數字網(ISDN)DSL(IDSL)系統等。通常，術語DSL被用來表示上述和其它標準。DSL最吸引人的一個特徵是它利用現有的基礎實施來實現，也就是簡易老式電話系統(POTS)。DSL可以共享通常在電話通信中使用的銅雙絞線。
然而，使用DSL技術仍然存在幾個問題。第一個問題是，它缺乏DSL線路卡(DSL line card)保護，因為牽涉到成本以及可能受到影響的單個或少數客戶事實。例如，由線路切斷所引起的DSL線路故障僅對由該線路服務的顧客造成服務損失。為了克服這種保護限制，載體常常在它們向商業或其顧客要求的載體級提供服務內包括冗餘DSL線路。然而，從終端用戶的觀點看，該類型的故障切換恢復機制不能夠經濟地得到。這種開支是因為冗餘DSL線路沒有承載附加的帶寬。另外，顧客有可能需要增加路由器到他們的網絡。而且進一步，從有缺陷的線路到冗餘、備份線路的恢復是緩慢的。
DSL技術的第二個問題是帶寬限制。DSL具有公知的速度/抵達限制。通常，較長的線路比較短的線路獲得較低的帶寬服務。而且，低質的線路，例如壞電纜或具有分接頭(tap)的線路，將會比高質的線路獲得較低的帶寬服務。這種線路缺陷限制了載體提供具有高帶寬需求服務(例如視頻)的能力。
高速的1層解決方案(例如代替ADSL的VDSL)嘗試解決帶寬的問題，但是它可能會產生高的初期部署成本。通常，VDSL線路卡比ADSL更加昂貴、更加不密集、以及具有更差的速度/抵達限制。另外，通過去除線路上的分接頭和/或網橋來固定物理線路到客戶可以增加該線路上的可用帶寬，但是具有這種性質的服務呼叫是非常貴的，並且可能仍然不能夠得到所需的帶寬。
為了解決上述問題，大量的解決方案目前被工業界提出來。「1層」解決方案可被提供用來解決雙線路的捆綁(bonding)問題。1層上的捆綁將兩或更多的線路在物理層上綁在一起。簡單的例子是將來自兩或多個線路的位或字節按位或按字節多路復用在一起。1層捆綁的例子在綜合業務數字網(ISDN)的BONDING規範中給出。
1層解決方案是完美的，這是因為其隱藏了來自較高層的多個線路。然而，它在參數(如鏈路長度、線路之間的延遲、以及不同的鏈路速率)方面是不靈活的。而且，由於捆綁在一起的線路的緊密耦合，捆綁趨向於在一個晶片上實現，或在一個電路晶片卡(線路卡)上實現。這樣，1層解決方案不能解決線路卡故障的問題。而且，它通常不能夠解決在一個晶片或線路卡上捆綁多個線路的問題，也不能夠解決以不同速率工作的線路的問題。
「2層」解決方案能夠代替1層解決方案或外加到1層解決方案而實現。2層解決方案對於異步傳輸模式(ATM)的一個例子是在ATM上的索引多路復用(IMA)。IMA捆綁多個物理鏈路以創建更大的虛擬鏈路。然而，IMA需要下層的物理鏈路具有同等速度或帶寬，這就限制了服務提供的粒度。也就是說，和應用到DSL的速度一樣，每一DSL線路必須具有相同的速度。
「2層」解決方案的另一個例子是點對點協議(PPP)的解決方案。在PPP解決方案中，多線路PPP(MP)能夠將多線路捆綁在一起。寫於1994年的RFC 1717定義了多鏈路PPP，其現在幾乎已應用於所有的現代ISDN設備。它後來由RFC 1990代替。多鏈路PPP允許ISDN設備將兩個64K信道捆綁為邏輯的128K信道。該解決方案是有效的，因為它能夠將不同速率和延遲的線路捆綁在一起。然而，它依賴於在PPP之上的數據。許多協議不支持PPP，這就限制了上述解決方案的應用範圍。
還有一種解決方案是「3層」解決方案，例如將數據通過兩或多個DSL線路路由到達同一顧客。儘管該解決方案很好地實現了通過多流向的負載平衡問題，但其不能夠分離通過多鏈路的單個通信量。也就是說，由該解決方案支持的最大的流量依賴於最大DSL線路的帶寬。另外，該解決方案還具有下面的問題。由於它需要兩個ADSL路由器、兩個網關設備以及附加的服務提供商應用路由器，因此其價格是昂貴的。3層恢復是緩慢的。多個3層路由器可能使網絡混亂。多個3層路由器可能使返迴路徑路由不對稱。
因此，可以看出目前的解決方案對於保護DSL線路或降低帶寬限制的任一解決問題是有效的，但不是對兩者都有效。進一步說，目前的解決方案是不實用的、昂貴的或複雜的。因此，本發明的目的就是消除或減輕至少一些上述不足。
發明內容
本發明的有益效果在於，多DSL線路能夠被捆綁在一起以創建比使用單個DSL線路可獲得的帶寬更大的帶寬的數據路徑，而且不會有現有技術的保護和帶寬限制。
根據本發明的一個方面所述，它提供了一種用於與數字用戶迴路(DSL)通信系統一起使用的多路復用系統，所述數字用戶迴路(DSL)通信系統包括至少一個DSL鏈路和交換結構(switching fabric)。所述多路復用系統包括第一端點，其用於接收數據單元流並將所述數據單元多路復用在多個虛擬電路(VCs)上。被多路復用的數據單元包括用於標識與預定單元的偏移量的序列號。該多路復用系統還包括第二端點，其用於經由所述DSL通信系統接收和多路分離(demultiplexing)來自所述多個虛擬電路的所述數據單元。所述第二端點根據所述數據單元的序列號組織接收的數據單元並將經過組織的單元輸出到輸出數據流中。
附圖的簡要說明本發明的實施方案將參照以下附圖僅以舉例的方式進行描述，其中
圖1是根據本發明的實施方案的DSL系統的方框圖；圖2是圖1所示DSL系統在上行方向中的操作流程圖；圖3是圖1所示DSL系統在下行方向中的操作流程圖。
優選實施方案的詳細描述為了方便，說明書中的相同標記指代附圖中的相同結構。參照圖1，按照本發明實施方案的DSL系統通常以附圖標記100表示。系統100包括用戶前端(premise)設備(CPE)102和通用單元(CE)104。CPE 102包括多個遠程ADSL收發單元(ATU-R)106。通用單元包括多個線路卡(line card)、交換結構(switching fabric)110和端點112。線路卡108進一步包括中央ADSL收發單元(ATU-C)114。每一個ATU-R都通過DSL鏈路116連接到相關的ATU-C。雖然本圖僅表示單獨一個CPE 102，但本領域技術人員可以理解，一個單獨的用戶可使用多個CPE。每個CPE優選地連接到不同的線路卡以提供增強的可靠性。本系統的組成單元的一般操作在本領域是公知的，因此下面只詳細描述根據本實施方案所述的改進。
系統100用於將多個DSL線路捆綁(bind)在一起以創建具有比使用單一DSL線路可獲得的帶寬更大的帶寬的數據通路。但是，該數據通路的創建能夠解決以上針對現有技術所述的ADSL的保護和帶寬限制。
在本實施方案中，用戶被分配多個中間ATM虛擬電路(VC)。這些分配給用戶的中間虛擬電路(在後面被稱作VC組)用於創建單個的、更大的邏輯VC，從而為用戶提供比單一線路可獲得的帶寬更大的帶寬。然後VC組中的每一個VC被獨立地路由經過網絡中的多個路徑，並且在穿過捆綁區域之後立刻被重組為原始VC。
參照圖2，其中網絡100在上行方向(也就是從ATU-R 106到ATU-C 114)中的操作流程圖通常以附圖標記200表示。步驟202中，CPE 102處的通信量在單元邊界(cell boundary)處被分離以用於使其通過多個VC進行分發。CPE102接收輸出的用戶信息並將信息分離成各個單元。在步驟204中，給每個單元分配一個序列號(sequence number)以表示其相對於引導(lead)單元的位置或與其的偏移量。在步驟206中，這些單元接著以多路復用的方式穿過多個包含VC組的VC。每個VC與ATU-R 106相關聯。優選地，這些VC被例示為它們的帶寬僅為在單一DSL線路上能獲得的帶寬的一部分。因此，多個VC能夠與每個ATU-R 106相關聯。可選地，每個VC的帶寬等於DSL線路116上的帶寬，並且一個VC與每個ATU-R 106相關聯。
每個VC被作為標準DSL系統中獨立的VC處理，並且在步驟208中數據如下所述地被傳送到其目的。每個VC的數據經過DSL鏈路116從ATU-R 106被傳送到ATU-C 114。ATU-C 114將每個VC的數據通過交換結構110傳送到其目的或端點。每個VC獨立於其它VC被路由，從而很可能遍歷經過交換結構110的不同路徑。因此，在交換結構110中的中間交換點處，單元如同典型的ATM交換機的方式被簡單地向前傳送。在步驟210中，在CE的端點，單元根據需要被緩衝以便按照每個單元的序列號重建原始單元序列。端點通常為出口線路卡112，但它也可以在另外方便的位置，如同本領域技術人員所能理解的那樣。同樣，對於原始發送到CPE 102的通信量的VPI/VCI而言，多個VC可能具有不同的虛擬路徑標識符(VPI)和虛擬信道標識符(VCI)的值。因此，原始的VPI/VCI被再次應用，並且首標(header)或其它校驗和被再生成。利用多個可能的機制中的一個，可以獲知端點處的原始VPI/VCI。在第一實施例中，原始VPI/VCI在端點處被提供。在第二實施例中，原始VPI/VCI通過信令傳送給端點。在步驟212中，數據以近似等於VC組的組合速率的速率被輸出。
參照圖3，其中網絡100在下行方向(也就是從ATU-C 114到ATU-R 106)中的操作流程圖通常以附圖標記300表示。該流程圖類似於圖2所示流程圖的逆序。在步驟302中，端點處的單元沿著單元線被分離。如果上行方向的端點是出口線路卡112，那麼在下行方向同樣的線路卡112可被用作入口線路卡。在步驟304中，端點將序列號插入單元中，並且在步驟306中，這些單元被安排(scheduled)給VC組中的多個VC。在步驟308中，這些單元經過交換網絡被分發到ATU-C 114。CE 104使用VC和典型的ATM交換機在DSL鏈路上分離通信量。在步驟310中，CPE 102按照序列號將這些單元重組為邏輯VC。在步驟312中，CPE 102將組合的數據流發送到更高層的應用。
下面給出對VC分離和安排以及分配序列號的詳細描述。在一個實施方案中，將通信量分離為多個VC是基於每個VC的峰值單元速率(PCR)的。在一個簡單的方式中，所有VC具有相同的PCR並且使用調度器(scheduler)將單元以循環的方式發送給每個VC。調度器是本領域技術人員公知的，因此不需要進行詳細討論。但是，調度器應該具有靈活性以使得通信量可以不同的PCR通過VC分發。例如，如果第一VC具有的PCR是第二VC的PCR的兩倍，那麼優選地調度器分發的給第一VC的單元的數量是其分發給第二VC的兩倍。
對於每個單元來說，序列號可承載於首標、VPI/VCI欄位(field)或有效負荷(payload)中。如果有效負荷用於攜帶序列號，那麼對有效負荷中的序列號的位置有如下建議。例如，可指定有效負荷的末端字節作為序列號。在這個實施例中，當數據在發送器處被打包成ATM單元時，該單元的有效負荷中包括47位元組的數據和1位元組的序列號。當數據在接收器處被從單元中拆開時，來自隨後的單元的字節用於完成每個有效負載。也就是說，每個單元在被重組為單一的VC之前等待隨後單元的到來，在緩衝器中提供兩個單元。序列號佔用的字節被隨後的單元中的數據代替。具有序列號1的第一接收的單元使用來自隨後單元的有效負荷的1位元組數據來在去除序列號時代替它。具有序列號2的第二單元使用來自隨後單元的有效負荷的2位元組數據來代替序列號和被傳送給先前單元的字節。因此可以看到，從隨後單元取走的字節數等於該單元的序列號。可選地，可為有效負荷分配另外指定的位數作為序列號。
如果VPI/VCI欄位用於攜帶序列號，那麼可使用下面的選擇。在一個實施方案中，VPI/VCI欄位被靜態地劃分。也就是說，VCI欄位的最高有效預定位數(MSB)攜帶VCI值而最低有效預定位數(LSB)攜帶序列號。在本實施方案中，預定位數的優選值是8。在本實施方案中選定值8是因為8位序列號足夠用來確定256個單元，這比目前ATM支持的最大數據包長度更大。本領域技術人員應該理解，序列位的最大長度可根據要求變化，但這並不會背離本發明的範圍。
類似地，如果VPI欄位用於攜帶序列號，則VPI欄位的MSB攜帶VPI值且剩餘位攜帶序列號。在本實施方案中，預定位數的優選值是4。因此可以理解，優選地使用VCI欄位而不是VPI欄位來攜帶序列號。這樣是實際的，除非數據包相對較短並且可被分成每一個能夠使用4位序列號唯一識別的單元。另外，如本領域技術人員所理解的那樣，也可採用上述方式的組合。決定序列號被置於何處的決定通常在連接裝置處進行並且通過信令或手工配置傳送。可選地，它可由已知的標準來最終指定。
在一可選實施方案中，VPI/VCI欄位被靈活或動態地劃分。也就是說，VPI/VCI欄位與VPI掩碼和VCI掩碼欄位相關。每個VC以兩組掩碼(即，VPI掩碼和VCI掩碼)配置或信號發送。掩碼的長度按照分配給序列號的位數進行確定。例如，如果序列號是8位寬，那麼掩碼也是8位寬。在交換結構中的中間交換裝置利用該掩碼為路由機制隱藏序列號。因此入口單元按照在VPI欄位和VCI欄位中的未屏蔽數據(而不是整個VPI欄位或VCI欄位)被路由。例如，VC配置有8位VCI掩碼用於屏蔽VCI欄位的8位LSB。中間交換裝置僅檢查VCI欄位的8位MSB而不是整個16位。相似地，VPI掩碼用於屏蔽VPI欄位。每個VC的兩個端點使用在VPI/VCI欄位中的屏蔽的和未屏蔽的位來組織和路由數據。如本領域技術人員所理解的那樣，可以發現上述內容的多種組合是有用的。
在還有的一個可選實施方案中，系統不是使用序列號來保持順序，而是以預定的間隔在每個VC中插入標記單元(marker cell)。因此，通過計算標記單元被接收的頻率，端點就可確定組中的每個VC的傳輸率。然後端點可根據其傳輸率從每個VC取出單元。例如，如果確定第一VC的傳輸率是第二VC的兩倍，那麼對於每個從第二VC取出的單元有兩個單元可從第一VC取出。取出的單元然後被組合形成邏輯VC。另外，通過採用線性插值法或其它本領域技術人員公知的方法，標記單元也可用於校驗組合過程的校正。
本發明為用戶提供幾個優點。第一個優點是用戶擁有多個VC而不是單獨一個VC。這樣使得用戶能簡單地通過將附加的VC捆綁到當先指定的一個VC而獲得更大帶寬。這包括在現有的DSL鏈路增加VC以及為攜帶更多VC進一步增加DSL鏈路。結果，用戶就能夠避免卸下現有的VC而安裝新的、更大的VC所需的停機時間。
第二個優點是用戶為了可靠性的目的可能想要通過網絡對兩個VC進行路由。也就是說，一個VC的失效導致使用另一個VC。即使不能獲得全速率服務，但至少對用戶來說還是能獲得最小服務，這對本領域技術人員來說是可以理解的。例如，如果一個DSL線路失效，那麼被這條DSL線路傳輸的VC則不能使用。但是，剩餘DSL線路上的VC卻是可用的，從而使通信鏈路得以維持。
雖然上面的描述指的是通過多個DSL鏈路傳輸多個VC，但也可能通過單個DSL鏈路傳輸多個VC。這個實施方案不能獲得上述優選實施方案的全部有益效果。例如，如果DSL鏈路被切斷，則將不會有可選擇的路徑，因為所有VC經過相同鏈路傳輸。另外，可用帶寬受到單一DSL鏈路的限制。但是，該系統仍然受益於多個VC在交換結構中的獨立路由。因此，如果交換結構中存在問題，至少一個VC能夠保持完好是可能的。
但是應當指出，上面描述的方法是對於通常更多忍受的延遲的數據服務的較好的優化。在本實施例中，延遲是由對出口點處的兩個連續的單元的緩衝引起的。UBR、UBR+、VBR nrt和GFR標準是本文描述的系統的好的候選。但是僅當延遲可接受時GBR和VBRrt連接才能使用該系統。
雖然本發明參照某些特定的實施方案進行描述，但是其許多變化對本領域技術人員來說是顯而易見的，這些變化沒有脫離如所附權利要求中闡述的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種用於與數字用戶迴路(DSL)通信系統一起使用的多路復用系統，所述數字用戶迴路(DSL)通信系統包括至少一個DSL鏈路和交換結構，所述多路復用系統包括a)第一端點，其用於接收數據單元流並將所述數據單元多路復用在多個虛擬電路(VC)上，所述多個虛擬電路的每一個都能夠獨立地被路由經過所述交換結構；以及b)第二端點，其用於經由所述DSL通信系統接收和多路分離來自所述多個虛擬電路的所述數據單元，所述第二端點用於在接收到所述數據單元後對其進行組織，並將經過組織的所述數據單元輸出到輸出數據流中。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，被多路復用後的所述數據單元的每一個包括用於標識與預定單元的偏移量的序列號，並且所述第二端點在接收到所述數據單元後，根據所述數據單元各自的序列號將所述數據單元組織起來。
3.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述第一端點還包括用於對所述數據單元進行多路復用的調度器。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述調度器根據所述多個VC的每一個上的可用帶寬將所述數據單元分配給所述多個VC。
5.如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述調度器根據所述多個VC的每一個上的峰值單元速率將所述數據單元分配給所述多個VC。
6.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述序列號被嵌入到各個所述數據單元的有效負荷中。
7.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述序列號佔用所述有效負荷的預定部分。
8.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述序列號被嵌入到各個所述數據單元的虛擬信道標識符(VCI)的預定部分中。
9.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述序列號被嵌入到各個所述數據單元的虛擬路徑標識符(VPI)的預定部分中。
10.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述序列號被動態地嵌入到各個所述數據單元的VPI和VCI的至少一個中，並且在路由所述數據單元時，相應的掩碼信號被提供用於使所述交換結構內的中間交換機能夠忽略所述序列號。
11.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述第二端點利用所述掩碼信號對所述序列號進行識別。
12.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，僅有一個DSL鏈路耦合所述第一和第二端點，並且所述多個VC被承載於所述DSL鏈路上。
13.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，多個DSL鏈路耦合所述第一和第二端點。
14.如權利要求13所述的系統，其特徵在於，所述多個VC被承載於所述多個DSL鏈路的每一個上。
15.如權利要求13所述的系統，其特徵在於，各個單獨的VC被承載於所述多個DSL鏈路的每一個上。
16.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述第一端點進一步包括用於對所述數據單元多路復用的調度器，並且所述第二端點進一步包括a)傳輸速率探測器，用於探測所述多個VC的每一個的傳輸速率；及b)調度器，用於根據相關的被探測到的傳輸速率對所述多個VC的每一個進行多路分離。
17.一種在數字用戶環路(DSL)通信系統上多路復用數據的方法，所述用戶環路(DSL)通信系統包括至少一個DSL鏈路以及交換結構，所述方法包括如下步驟將所述數據組織在單元中；經由多個虛擬電路(VC)分發所述單元；經由所述多個VC的每一個將所述單元傳輸到目的地，所述多個VC的每一個通過所述交換結構被獨立地交換；在所述目的地重組所述單元，以恢復所述數據；以及以大於所述多個VC的任意一個的速率的速率輸出所述數據。
18.如權利要求17所述的方法，進一步包括在將所述單元傳輸至所述目的地之前，在各個所述單元內插入序列號。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述重組所述單元的步驟包括根據各個所述單元各自的序列號對所述單元進行組織的步驟。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述序列號包含在各個所述單元的首標內。
21.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述序列號包含在所述首標的虛擬路徑標識符欄位中。
22.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述序列號包含在所述首標的虛擬信道標識符欄位中。
23.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，所述序列號包含在各個所述單元的有效負荷中。
24.如權利要求17所述的方法，進一步包括在所述多個VC的每一個內以預定的間隔插入標記單元，以使得所述多個VC的每一個的傳輸速率能夠在所述目的地被確定。
25.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，所述重組所述單元的步驟包括根據所述多個VC的每一個的各自的傳輸速率對所述單元進行組織的步驟。
全文摘要
用於增加數字用戶迴路(DSL)連接(圖1)的帶寬和可靠性的裝置及方法。該系統包括提供多DSL線路、將通信量分離為單元(202)、相互獨立地傳輸單元、以及在目的地重組單元(210)。在重組該單元時，可以使用序列號(204)。虛擬電路(VC)可經由DSL線路構成。因此，一個DSL線路中的故障僅僅減少帶寬而不會中斷用戶。用這種方式，可以為用戶廉價地配置增加的帶寬和可靠性。
文檔編號H04M11/06GK1669254SQ03817001
公開日2005年9月14日 申請日期2003年5月15日 優先權日2002年5月15日
發明者麥可·加齊耶, 莫爾塔扎·古德拉特 申請人:希爾納公司