專利名稱：話音和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的冗余的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及話音和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的冗余。
背景技術(shù)：
通信系統(tǒng)例如無線通信系統(tǒng)中的某個元件可能失效并且可能需要更換。元件失效以及元件更換典型地需要關(guān)閉系統(tǒng)，這可能是很昂貴和耗時的，因?yàn)殛P(guān)閉后使系統(tǒng)回到穩(wěn)定狀態(tài)需要長的時段。
如果在元件損壞或者失效不能完成它的任務(wù)的情況下不存在冗余，會危及通信的性能和可靠性。一種冗余方法是指定一個主元件和一個或多個候選元件，當(dāng)主元件失效時候選元件會以順序方式取代主元件。這種方法盡管在提供某種程度的冗余的預(yù)期目的上是有用的，但配置上是麻煩的。在設(shè)定通信系統(tǒng)時可能必須人工地選擇主元件和候選元件。另一個缺點(diǎn)是，一旦由于多次故障用盡所有的候選元件，網(wǎng)絡(luò)會再次變成是無主元件的，這造成通信例如無線通信中的退化或破壞。
盡管具體應(yīng)用可能不同，無線通信系統(tǒng)的組成部分通常是類似的，如下面更詳細(xì)說明那樣。例如，無線通信系統(tǒng)一般包括無線電終端或移動臺，無線電基站，通常稱為移動電話交換局(MTSO)的交換或網(wǎng)絡(luò)控制部件，以及該無線通信系統(tǒng)提供訪問的網(wǎng)絡(luò)例如公共交換電話網(wǎng)(PSTN)。
各種無線通信應(yīng)用采用多種發(fā)送信息的調(diào)制技術(shù)中的任何技術(shù)以有效使用可用的頻譜。例如，頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址調(diào)制技術(shù)用來建立高容量多路存取系統(tǒng)。設(shè)計成和許多占據(jù)公共無線電頻譜的移動臺通信的電信系統(tǒng)稱為多路存取系統(tǒng)例如，在FDMA模擬蜂窩系統(tǒng)，例如AMPS模擬蜂窩無線電系統(tǒng)中，可使用的頻譜劃分成大量無線電信道例如成對的發(fā)射接收載波頻率，每一對對應(yīng)一個消息傳輸信道。每個發(fā)射接收信道的帶寬是窄帶，通常為25-30千赫。這樣，F(xiàn)DMA系統(tǒng)允許信息在與被發(fā)送信息的帶寬可比的帶寬中發(fā)送，例如話音信號。FDMA中的蜂窩服務(wù)區(qū)通常劃分成多個小區(qū)，每個小區(qū)具有一組選定用來幫助減少小區(qū)間的同信道干擾的頻率信道。
頻分常常和時分結(jié)合從而在頻域和時域中傳輸電路不同，例如，在FD/TDMA系統(tǒng)中。在數(shù)字FD/TDMA(通常稱為TDMA)蜂窩系統(tǒng)中，窄帶頻率信道重新格式化成數(shù)字傳輸路徑，該路徑劃分成多個時隙。來自不同呼叫的數(shù)字信號在分配的時隙中交錯并以對應(yīng)的較高比特率發(fā)送，對每個移動臺分配的時隙是周期性重復(fù)的。盡管TDMA帶寬可能略比FDMA帶寬大，但AMPS-D數(shù)字TDMA蜂窩系統(tǒng)通常使用約為30千赫的帶寬。
另一種蜂窩多路存取調(diào)制方法是CDMA。CDMA是一種用于通過無線通信系統(tǒng)發(fā)送信息的擴(kuò)頻技術(shù)，其中，發(fā)送信號占據(jù)的帶寬明顯大于基帶信息信號(例如話音信號)所需的帶寬。這樣，CDMA調(diào)制通過多路調(diào)制把窄帶信息信號通過頻譜方式擴(kuò)頻到寬的帶寬上，利用碼字標(biāo)識共用相同頻率信道的各種信號。通過利用適當(dāng)?shù)拇a字選擇頻譜編碼信號來進(jìn)行被發(fā)送信號的識別。和FDMA和TDMA調(diào)制技術(shù)中使用的約為30千赫的窄帶信道相反，CDMA系統(tǒng)通常使用約為1.25兆赫或更大的帶寬。
上面說明的移動通信系統(tǒng)典型地分層排列，從而把地理“覆蓋區(qū)”劃分成若干稱為“小區(qū)”的較小地理區(qū)。參照圖1，最好通過一個收發(fā)基站(“BTS”)102a服務(wù)每個小區(qū)。通過基站控制器(“BSC“)106a經(jīng)固定鏈路104a-104n中央地管理數(shù)個BTS 102a-102n。有時集合地把BTS和BSC稱為基站子系統(tǒng)(“BS”)107。經(jīng)固定鏈路108a-108n通過移動交換中心(“MSC”)110可中央地管理數(shù)個BSC 106b-106n。
MSC 110充當(dāng)本地交換機(jī)(帶有處理移動性管理要求的其它功能，下面討論)并且通過中繼線組和電話網(wǎng)(“PSTN”)120通信。美國移動網(wǎng)包括本地MSC和服務(wù)MSC。本地MSC是和與移動用戶(還如上面那樣稱為移動臺或“MS”)114關(guān)聯(lián)的交換機(jī)對應(yīng)的MSC；該關(guān)聯(lián)基于MS的電話號碼，例如地區(qū)代碼。MS的例子包括手持部件例如移動電話、PDA、雙向呼機(jī)，膝上計算機(jī)或者移動單元設(shè)備，例如附著在冷藏貨車、有軌車、集裝箱或拖車上的移動單元。
本地MSC負(fù)責(zé)下面討論的歸屬位置寄存器(“HLR”)118。另一方面，服務(wù)MSC是用來把MS呼叫連接到PSTN上的交換機(jī)。從而，有時通過相同的實(shí)體為本地MSC和服務(wù)MSC的功能服務(wù)，但是其它時間則不(例如當(dāng)MS漫游時)。典型地，訪問位置寄存器(“VLR”)116和MSC 110是在同一地點(diǎn)的，并在移動網(wǎng)絡(luò)中使用邏輯奇異(singular)HLR(邏輯奇異HLR可以物理上是分布式的但按單個實(shí)體對待)。如后面會解釋那樣，HLR和VLR用于存儲用戶信息和簡檔。
無線電信道112和整個覆蓋區(qū)關(guān)聯(lián)。如前面說明那樣，無線電信道劃分成分配到各個小區(qū)上的信道組。這些信道用來載送用于建立呼叫連接的信令信號以及相關(guān)設(shè)置，并且一旦建立呼叫連接則用來載送話音或數(shù)據(jù)信息。
移動網(wǎng)絡(luò)信令至少具有二個重要方面。一個方面涉及MS和網(wǎng)絡(luò)物其它部分之間的信令。在2G(“2G”是對“第二代”使用的產(chǎn)業(yè)術(shù)語)以及以后的技術(shù)的情況下，該信令涉及MS采用的例如和無線電信道分配及驗(yàn)證有關(guān)的接入方法(例如TDMA或CDMA)。第二方面涉及移動網(wǎng)絡(luò)中不同實(shí)體之間的信令，例如MSC、BSC、VLR和HLR之間的信令。該第二部分有時稱為移動應(yīng)用部分(“MAP”)，尤其在7號信令系統(tǒng)(“SS7”)的環(huán)境中使用時。SS7是一種常見的信道信令系統(tǒng)，通過它電話網(wǎng)絡(luò)的組成部分以消息的形式交換信息。
根據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送和接收各種形式的信令(以及數(shù)據(jù)和話音通信)。例如，電子工業(yè)協(xié)會(“EIA”)和電信工業(yè)協(xié)會(“TIA”)幫助規(guī)定許多美國標(biāo)準(zhǔn)，例如為MAP標(biāo)準(zhǔn)的IS-41。類似地，CCITT和ITU幫助規(guī)定國際標(biāo)準(zhǔn)，例如為一種國際MAP標(biāo)準(zhǔn)的GSM-MAP。有關(guān)這些標(biāo)準(zhǔn)的信息是周知的并且可以從有關(guān)組織和文獻(xiàn)中得到，例如參閱Bosse，SIGNALING IN TELECOMMONICATIONSNETWORKS(Wiley 1998)。
為了從MS 114傳送呼叫，用戶在蜂窩電話或其它MS上撥號并按“發(fā)送”鍵。MS 114發(fā)送該撥打號碼以經(jīng)由BS 107指示向MSC 110請求的服務(wù)。MSC 110利用關(guān)聯(lián)的VLR 116進(jìn)行檢查(后面說明)以確定MS 114是否容許該請求的服務(wù)。服務(wù)MSC把該呼叫路由到PSTN120中的該被撥用戶的本地交換機(jī)。該本地交換機(jī)通知被叫用戶終端，并通過服務(wù)MSC 110把應(yīng)答信號向回路由到該MS 114，這接著完成至該MS的話音通路。一旦完成設(shè)定可繼續(xù)該呼叫。
為了對某MS 114傳送呼叫(假定該呼叫源自PSTN 120)，PSTN用戶撥打該MS的關(guān)聯(lián)電話號碼。至少根據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)，PSTN 120把該呼叫路由到該MS的本地MSC(它可以是或不是對該MS服務(wù)的MSC)。接著該MSC詢問HLR 118以確定目前哪個MSC對該MS服務(wù)。這還通知該服務(wù)MSC某呼叫即將出現(xiàn)。接著本地MSC把該呼叫路由到服務(wù)MSC。該服務(wù)MSC通過適當(dāng)BS尋呼該MS。該MS進(jìn)行響應(yīng)并建立適當(dāng)?shù)男帕铈溄印?br> 在呼叫期間，需要時，BS 107和MS 114，例如因?yàn)樾盘枟l件，可能合作以改變信道或BTS。這些改變稱為“越區(qū)切換”并且涉及它們自身類型的已知消息和信令。
圖2更詳細(xì)地示出CDMA移動網(wǎng)絡(luò)中BS 107和MSC 110之間的信令和用戶業(yè)務(wù)接口。BS 107利用稱為“A1”接口的以SS7為基礎(chǔ)的用來控制話音和數(shù)據(jù)電路的接口來傳送信令信息。稱為“A2”的接口在MSC的交換部件204和BS 107之間載送用戶業(yè)務(wù)(例如話音信號)。稱為“A5”的接口用于在源BS和MSC之間提供用于電路交換數(shù)據(jù)呼叫(和話音呼叫相反)的用戶業(yè)務(wù)路徑。有關(guān)A1、A2、A5中之一或多個的信息可以在“CDMA Internetworking-Deploying the Open-AInterface”，Su-Lin Low，Ron Schneider，Prentice Hall，2000，ISBN0-13-088922-9中得到。
移動通信供應(yīng)商正在提供更新的服務(wù)，例如對因特網(wǎng)的“數(shù)據(jù)呼叫”。至少對于這些服務(wù)中的一部分，MSC不是成本高效的，因?yàn)镸SC主要是為話音呼叫設(shè)計的。把新服務(wù)集成到MSC中是困難的或是不可行的，這是因?yàn)樵S多MSC軟件結(jié)構(gòu)體系采用專門和封閉的設(shè)計。也就是說，不容易對MSC 110添加提供這些服務(wù)所需的軟件邏輯。通常，利用切換附件提供這些服務(wù)。例如，交互工作功能(“IWF”)是一種把數(shù)據(jù)呼叫路由到因特網(wǎng)的附件。這二種方法—在MSC中集成功能性或者添加中繼線側(cè)附件—都在服務(wù)傳送中涉及MSC。通過MSC設(shè)計改變或者通過中繼線側(cè)附件集成新服務(wù)都在MSC處增加網(wǎng)絡(luò)擁塞并且消耗昂貴的MSC資源。
數(shù)據(jù)呼叫典型地利用因特網(wǎng)，后者是分組交換媒體的一個例子。分組交換媒體按如下工作。要在網(wǎng)絡(luò)上從一個主機(jī)向另一個主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)序列。數(shù)據(jù)序列分段成一個或多個數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)帶有一個含有控制信息的標(biāo)題，并且通過該網(wǎng)絡(luò)路由每個分組。分組交換的常見類型是數(shù)據(jù)報服務(wù)，該服務(wù)很少保證或不保證傳送?？赡茉谳^高層上邏輯地處于一起的分組在網(wǎng)絡(luò)層上彼此是不關(guān)聯(lián)的。一個分組可能先于另一個由發(fā)送器早發(fā)送的分組到達(dá)接收器，可以在損壞狀態(tài)下到達(dá)(此情況下它可能被廢棄)，可能任意延遲(盡管到期機(jī)制可能使它被廢棄)，可能被復(fù)制以及可能丟失。
至少已經(jīng)提出一種無線因特網(wǎng)系統(tǒng)，其利用本地?zé)o線收發(fā)器技術(shù)(例如納蜂窩系統(tǒng))在大的地理區(qū)域上提供帶寬達(dá)幾十兆赫的可靠接入。和蜂窩無線話音系統(tǒng)不同，其依賴于一個區(qū)中的幾十個或幾百個小區(qū)，本地?zé)o線收發(fā)器系統(tǒng)依賴該區(qū)中的數(shù)千個或數(shù)萬個收發(fā)器。在這種系統(tǒng)中，每個收發(fā)器可能覆蓋例如0.05平方公里，這約是常規(guī)小區(qū)覆蓋的百分之一。射頻(RF)頻譜的高空間重復(fù)使用使本地?zé)o線收發(fā)器系統(tǒng)在給定數(shù)據(jù)率下比常規(guī)蜂窩系統(tǒng)容納多得多的可用部件。此外，由于用戶更接近接入點(diǎn)，本地?zé)o線收發(fā)器系統(tǒng)適應(yīng)低功率傳輸。本地?zé)o線收發(fā)器系統(tǒng)可支持大量部件、以高速運(yùn)行并且部件電池耗損相對小。
例如，在10,000個收發(fā)器接入點(diǎn)(小區(qū)中心)的市級本地?zé)o線收發(fā)器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，如果每個點(diǎn)對它的用戶提供1兆比特/秒的集體吞吐量，則每個收發(fā)器可各自以100千比特/秒支持10個可用部件，在該城市中可用部件總量為100,000個。如果每個部件活動10％的時間，這種網(wǎng)絡(luò)可支持一百萬個部件，盡管需要對信道接入開銷、越區(qū)切換以及預(yù)防不對稱業(yè)務(wù)(例如流入某部件的比特流比從其流出的大)所消耗的帶寬做一定的考慮。
每個本地?zé)o線收發(fā)器系統(tǒng)接入點(diǎn)可以是或者類似于無線局域網(wǎng)(LAN)技術(shù)例如IEEE 802.11的接入點(diǎn)。異步數(shù)字用戶線(ADSL)或電纜調(diào)制解調(diào)器線可用來提供每個接入點(diǎn)和因特網(wǎng)之間的鏈接(也可以使用無線鏈接或用其替代)。至于接入部件的布點(diǎn)，由于每個部件需要電功率并且為了達(dá)到足夠的射頻覆蓋它最好是抬高的，所以公用設(shè)施桿和建筑物上的位置是典型的候選位置，并且利用鄰近的高速因特網(wǎng)接入基礎(chǔ)設(shè)施充當(dāng)主干線。
在上面所說明的通信系統(tǒng)，希望在不過分復(fù)雜的情況下提供冗余。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面，提供一種設(shè)備用于數(shù)據(jù)和話音通信系統(tǒng)的通信。該設(shè)備包括一個線路卡和一個與該線路卡通信的交叉點(diǎn)接線器。該設(shè)備還包括一個與該線路卡以及該交叉點(diǎn)接線器通信的加速卡。該交叉點(diǎn)接線器配置成在該線路卡和該加速卡之間提供冗余通信路徑。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明能提供一個或多個下述優(yōu)點(diǎn)?？梢栽O(shè)置機(jī)箱，其中，該機(jī)箱內(nèi)的與位置無關(guān)的任何卡充當(dāng)該機(jī)箱中的任何類似卡的備份。
從下面結(jié)合附圖的說明以及從權(quán)利要求書，其它優(yōu)點(diǎn)和特征會變得清楚。


圖1-2、3A-3B、4是通信系統(tǒng)的方塊圖。
圖5是通信信道圖。
圖6是通信系統(tǒng)機(jī)箱圖。
圖7、10、15是縱橫卡概念的方塊圖。
圖8A-8B是縱橫連接圖。
圖9A-9B示出縱橫連接表。
圖11示出寄存器存取的位流。
圖12A-12B，13示出縱橫卡定時圖。
圖14示出縱橫卡控制值。
圖16示出縱橫卡的構(gòu)件圖。
圖17示出縱橫卡的控制線和狀態(tài)線。
圖18示出縱橫卡的功能存儲器分配圖。
圖19A-1，19A-2示出縱橫卡的各寄存器。
圖20示出縱橫卡的交叉點(diǎn)接線器的存儲器分配圖。
圖21A-21B示出縱橫卡的中平面信號連接。
圖22示出縱橫卡的環(huán)回測試。
圖23是縱橫卡的構(gòu)件布局方塊圖。
具體實(shí)施例方式
在通信系統(tǒng)中，可以按固定配置方式實(shí)現(xiàn)冗余。例如，在圖6中示出的16槽機(jī)箱中，2號槽可以是對1號槽的冗余，4號槽可以是對3號槽的冗余，并且其余槽以類似方式配置。這種實(shí)現(xiàn)的限制是，要把卡放在某些預(yù)定的槽中以提供冗余；預(yù)定信號連接可用卡和冗余卡之間的數(shù)據(jù)通路。要為機(jī)箱內(nèi)的每個卡提供對該機(jī)箱每個其它卡的這種連接會造成難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。
如后面更詳細(xì)說明那樣，可以在通信系統(tǒng)中以一種可行的方式提供冗余，其中該通信系統(tǒng)的機(jī)箱具有一個位于冗余數(shù)據(jù)通路中的高速交叉點(diǎn)接線器，從而機(jī)箱中的任何卡可和該機(jī)箱中的任何其它卡連接。從而，可以把一塊卡插到任何槽中并充當(dāng)冗余卡。當(dāng)需要時編程該交叉點(diǎn)接線器，從而按需要連接冗余通路。
在如后面說明那樣，具有因特網(wǎng)媒體網(wǎng)關(guān)機(jī)構(gòu)(“IMG”)和軟交換機(jī)機(jī)構(gòu)的通信系統(tǒng)中提供有高速交叉點(diǎn)接線器。圖3A示出一個示例系統(tǒng)400，其具有一個連接在BSC 415A和MSC 420A之間的并和軟交換機(jī)425A通信的IMG 410A。IMG 410A通過A1、A2和A5接口與BSC 415A通信。如后面說明那樣，軟交換機(jī)425A協(xié)調(diào)BSC 415A和MSC 420A之間通過IMG 410A的路徑建立和通信。IMG 410A還和因特網(wǎng)430通信，由此IMG 410A能把消息引導(dǎo)到郵件服務(wù)器440，如后面說明那樣。如圖3A中用IMG 410B、軟交換機(jī)425B、BSC 415B和MSC 420B舉例那樣，可設(shè)置與其它BSC和MSC相關(guān)的其它IMG和軟交換機(jī)。MSC 420A、420B連接到PSTN 460并且可以通過PSTN460彼此通信。軟交換機(jī)425A、425B連接到SS7系統(tǒng)470并且可以通過SS7系統(tǒng)470彼此通信。(圖3B示出一種替代布局，其中MSC420A連接在IMG 410A和BSC 415A之間，并且MSC 420B連接在IMG 410B和BSC 415B之間)。
圖4示出系統(tǒng)1010，其可支持和幫助在一個或多個移動無線網(wǎng)上提供話音和數(shù)據(jù)服務(wù)。在一具體實(shí)現(xiàn)中，系統(tǒng)1010可包括Starent網(wǎng)絡(luò)公司的ST-16IMG產(chǎn)品，其是一個載波類的高性能平臺，它可以支持多種數(shù)據(jù)類型，包括時分多路復(fù)用(TDM)數(shù)據(jù)、異步傳送模式(ATM)信元數(shù)據(jù)和因特網(wǎng)協(xié)議(IP)分組數(shù)據(jù)。ST-16體系結(jié)構(gòu)利用諸如分組加速卡(PAC)的加速卡(例如卡1020)進(jìn)行分組處理和轉(zhuǎn)發(fā)，并且利用電話加速卡(TAC)進(jìn)行話音和TDM處理。每個PAC可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并且每個TAC可進(jìn)行話音處理。在ST-16中，物理輸入/輸出(I/O)接口端接在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)線路卡(“LC”)(例如卡1030A、1030B)上并且可以按照各種物理接口標(biāo)準(zhǔn)載送TDM、分組或ATM信元數(shù)據(jù)類型。例如，LC可以和快速以太網(wǎng)、吉比特以太網(wǎng)或者諸如OC-3c/OC-12c/OC-48ATM/POS和DS 3的電信接口相容。由于TDM接口主要傳送話音業(yè)務(wù)，TDM線路卡和TAC通信。以太網(wǎng)線路卡載送分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并且可和PAC通信。光線路卡支持ATM信元，其可載送話音以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且可以與PAC或TAC通信。
關(guān)于冗余，ST-16具有冗余縱橫卡(RCC)(例如卡1040A、1040B)，它們用來允許任何槽中的線路卡與ST-16中的任何槽里的加速卡通信，如圖7中所示和后面說明那樣。每個RCC提供每個線路卡和所有PAC之間的冗余通路或數(shù)據(jù)/控制通路鏈接。
ST-16利用卡對卡通信系統(tǒng)(“STAR信道”)提供把加速卡連接到線路卡和RCC上的鏈接。在一示例實(shí)現(xiàn)中，STAR信道鏈接具有4.0Gbps的數(shù)據(jù)容量并且包括二個在信道鎖定方式下工作的物理串行鏈路。每個物理串行鏈路按2.5Gbps(8B/10B編碼)定時鐘并可以載送2.0Gbps的數(shù)據(jù)。
圖5示出單個STAR信道鏈接的邏輯圖，它能同時在各個分立邏輯信道中載送話音、數(shù)據(jù)和控制業(yè)務(wù)。STAR信道鏈接上的傳輸單元是下面說明的STARCell數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信元(“STARCell”)。STAR信道鏈接利用也在后面說明的STAR信道協(xié)議機(jī)制在線路卡和加速卡之間載送用戶數(shù)據(jù)和控制業(yè)務(wù)，并且當(dāng)和RCC卡一起使用時還提供1∶n的冗余支持。
每個STARCell包括一個標(biāo)題字段，后面跟著有效負(fù)載字段和尾部字段。標(biāo)題攜帶在STAR信道上唯一標(biāo)識該信元的信息。有效載荷字段攜帶話音、數(shù)據(jù)或控制業(yè)務(wù)，而尾部字段含有對有效載荷字段的循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC-16)。
STAR信道的系統(tǒng)側(cè)接口支持規(guī)定的先進(jìn)先出(FIFO)接口。專用的和標(biāo)準(zhǔn)的總線接口標(biāo)準(zhǔn)可用來通過在STAR信道系統(tǒng)接口的各個端上提供對標(biāo)準(zhǔn)STAR信道FIFO接口的轉(zhuǎn)換來進(jìn)行STAR信道上的通信。從而，可以在物理分離的卡上連接二個不相容的總線標(biāo)準(zhǔn)，并且還可以支持冗余連接支持。
由于STAR信道采用高速串行互連，與典型并行總線相比，ST-16底板上連接件所需的引腳的數(shù)量相對小。例如(見圖4)，STAR信道使用16個引腳來實(shí)現(xiàn)帶有冗余支持的全雙工4.0Gbps，而典型的并行總線格式會需要140個引腳。STAR信道系統(tǒng)采用高速差分線路在二個卡之間傳送數(shù)據(jù)。接收器上采樣數(shù)據(jù)的時鐘嵌在發(fā)送器發(fā)送的信號中，這回避了從一個卡到另一個卡單獨(dú)路由時鐘的要求。
在ST-16中，利用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)(例如FPGA1050A-1050C)和串行器/解串行器(SERDES)器件(例如SERDES1060A-1060D)在各個線路卡以及各個加速卡上實(shí)現(xiàn)STAR信道的構(gòu)件。FPGA實(shí)現(xiàn)STAR信道鏈接管理功能，從標(biāo)準(zhǔn)總線接口向STAR信道系統(tǒng)側(cè)接口轉(zhuǎn)換的膠合邏輯，SERDES命令接口和數(shù)據(jù)接口，以及用于STAR信道鏈接的控制、狀態(tài)和統(tǒng)計。SERDES為STAR信道系統(tǒng)提供并行到串行、串行到并行以及8B/10B編碼/譯碼功能。
在ST-16中，利用主STAR信道鏈路(例如鏈路1070A，1070B)把前槽中的加速卡連接到底板上對應(yīng)槽中的二個線路卡。利用輔助STAR信道鏈路組(例如鏈路1080A-1080D)與RCC連接。利用主STAR信道鏈路直接連接PAC和線路卡；利用輔助STAR信道鏈路徑，通過RCC連接PAC和線路卡。
如圖7中所示，通過位于RCC上的交叉點(diǎn)接線器6040，RCC 6010提供每個LC 6020和所有PAC/TAC 6030之間的冗余通路或數(shù)據(jù)/控制通路鏈接。RCC在機(jī)箱內(nèi)無槽冗余的情況下便利PAC或LC的1∶1或1∶n冗余。
RCC的接線器6040包括一個72×72端口交叉點(diǎn)接線器，其在每個芯片端口上能處理至少2.5Gbps的雙向數(shù)據(jù)。二個端口組合以形成邏輯上5Gbps的鏈接。每個RCC與14個LC(14個槽)和14個PAC連接從而總用于共28條鏈路或56個串行2.5Gbps雙向線路。
參照圖8A-8B和圖9，其中示出一特定實(shí)現(xiàn)下的端口變換，二個RCC 8010A、8010B(分別標(biāo)記為RCC1，RCC2)位于ST-16中，具體地，在ST-16機(jī)箱后部中心正好位于接線器處理卡(SPC)后面的槽中并且位于輸入輸出管理(SPIO)卡的下面，SPC提供系統(tǒng)管理和交換功能，而SPIO卡向用戶提供用于關(guān)聯(lián)SPC的電纜連接和物理端口。每個RCC與LC卡和SPIO卡類似是半高度卡。如圖8A-8B中所示，RCC1和偶數(shù)LC槽連接而RCC2和奇數(shù)LC槽連接。僅當(dāng)奇數(shù)LC槽之一(第二LC槽)在系統(tǒng)中使用時才需要第二RCC2。在該特定實(shí)現(xiàn)中，RCC彼此不冗余。
如示出RCC總線和SPC對RCC的控制的圖10中所說明，主SPC通過簡單少引腳數(shù)系統(tǒng)控制總線(SCB)把二個RCC 6010配置到MDIO(802.3ae串行接口)接口。在該特定實(shí)施例中，對每個RCC 6010提供二條分立的SCB總線7010A、7010B，來自每個SPC 7020A、7020B的一條SCB總線用于冗余。
主信道攜帶周期性的后臺測試分組以檢測并隔離輕業(yè)務(wù)量事件下的硬件故障。備用信道傳送診斷業(yè)務(wù)以便檢測故障從而防止“靜默”故障。這種業(yè)務(wù)是由FPGA硬件自動生成的。
在一特定實(shí)現(xiàn)中，RCC可利用Velio VC3002交叉點(diǎn)接線器(Velio通信公司生產(chǎn))提供PAC和各LC之間的冗余互連。VC 3002至少具有以下特征0.95-3.125Gbps(可選用622-3.125Gbps)下的72個I/O通道；每個串行輸入上的時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDS)；在每個串行輸出上發(fā)送預(yù)強(qiáng)調(diào)；每個通道連接上的串行速率可編程；在每個端口基礎(chǔ)上利用偽隨機(jī)位序列(PRBS)生成/檢驗(yàn)的自測；對內(nèi)部寄存器的MDIO/MDC串行接口；功耗上對任何未使用通道的斷電選擇；用于提高串行速率配置上的靈活性的3種不同的PECL時鐘輸入；1.8伏核心電壓；1.8伏串行I/O電壓(CML串行I/O技術(shù))；2.5-3.3伏控制I/O電壓(LV CMOS控制接口技術(shù))；37.5毫米×37.5毫米陣列倒裝芯片BGA；用于串行I/O的芯片上端接。
VC 3002設(shè)備提供和802.3ae的MDIO、MDC相容的串行寄存器存取接口?？梢酝ㄟ^從SCB格式到MDIO格式的轉(zhuǎn)換命令來訪問VSC3002 MDIO接口，通過從屬SCB FPGA完成該轉(zhuǎn)換。
每個讀和寫訪問要二步完成。第一步是后面跟著讀命令或?qū)懨畹牡刂分芷?。圖11示出用于VC 3002 MDIO寄存器訪問的位流格式(MDIO命令格式)。圖12示出采樣寄存器存取(MDIO存取)的定時圖。
在一特定實(shí)現(xiàn)中，以下是有益的，如果低的4個PRTAD位等于AD[15:12]自尋址引腳，使轉(zhuǎn)換有效；最左PRTAD位為0；采用間接尋址；該16位寄存器的12個低位在地址周期期間于地址/數(shù)據(jù)位來表現(xiàn)；16位地址/數(shù)據(jù)流的前4位是1000h；在讀或?qū)懼芷谄陂g，忽略數(shù)據(jù)的前8位；以及，為進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，串行流的DEVAD位和10000b匹配。
對該特定實(shí)現(xiàn)，圖13示出用于MDIO訪問的定時要求(MDIO接口靜態(tài)定時)。
RCC可以使用VC 3002的內(nèi)置自測(BIST)性能。VC 3002的每個端口具有BIST發(fā)生器和檢驗(yàn)器，其可用來檢查每條鏈路的完整性。當(dāng)使能BIST時，解串行器模塊連續(xù)按偽隨機(jī)位序列(PRBS)模式監(jiān)視進(jìn)入的串行流。當(dāng)未檢測期望的PRBS模式時，設(shè)定VC 3002的TSTR輸出。通過多項(xiàng)式X^10+X^7+1來產(chǎn)生PRBS序列。通過將在用于相應(yīng)通道的GXBSOC寄存器中的TSTI值設(shè)為“HIGH”來使能BIST；為所有通道執(zhí)行GXBCSR寄存器，等待，并檢查TSTR引腳/位看是否有錯。
參見其中說明預(yù)強(qiáng)調(diào)和振幅控制值的使用的圖14，RCC可以使用VC 3002的發(fā)送預(yù)強(qiáng)調(diào)/發(fā)送振幅控制。VC 3002在它的每個輸出上具有預(yù)強(qiáng)調(diào)控制，這可幫助在接收部件(例如，Velio VSC 7226)上保持信號波形和數(shù)據(jù)模式。除預(yù)強(qiáng)調(diào)外，每個輸出具有信號振幅控制以便減小信號隨功率和EMI的擺動。通過把M/K/E值寫到GXBSOL寄存器的HSM位上來對預(yù)強(qiáng)調(diào)和振幅控制編程。
如圖15中的系統(tǒng)控制總線(SCB)子系統(tǒng)方塊圖所示，SCB為SPC提供監(jiān)視和控制RCC的狀態(tài)的手段。每個RCC含有一個接收和響應(yīng)來自主SPC的消息的SCB從部件1510。主SPC是通過機(jī)箱底板上的信號確定的。
通常，SCB命令可以和SCB從寄存器、I2C(Philips半導(dǎo)體公司提出的雙線串行接口)總線部件通信，或者對諸如配置閃存更新的附加SCB功能通信。如果信號標(biāo)題不被破壞并且被確定為有效，則使能適當(dāng)?shù)慕涌凇Ｈ绻撁钣糜贗2C總線，可以訪問諸如IDPROM和溫度傳感器等器件以便監(jiān)視狀態(tài)。可以在Spartan-II FPGA中實(shí)現(xiàn)SCB從部件，以和SCB主部件相容并滿足熱交換(hot-swap)和門計數(shù)要求。
I2C總線0上的每個部件具有一個唯一的I2C地址，該地址在圖15中示在每個塊的左下角(例如，用于塊1520的Ox52)。在一特定實(shí)現(xiàn)中，0x10010xx可選成用于FPGA和從部件，因?yàn)橄到y(tǒng)管理總線(SMB)協(xié)議出于原型化目的定義這些地址。在該特定實(shí)現(xiàn)中，每個FPGA和從部件具有一個若和未來地址沖突則允許越過默認(rèn)值的寄存器。圖16為該特定實(shí)現(xiàn)標(biāo)識所使用的部件以及它們的I2C地址。
SCB從部件具有一狀態(tài)和寄存器端口，用于控制狀態(tài)LED、監(jiān)視板存在和中斷狀態(tài)以及控制板復(fù)位。在該特定實(shí)現(xiàn)中，分別從BD_LED和BD_RST端口驅(qū)動LED和復(fù)位，而BD_STAT和BD_INT端口用于監(jiān)視板狀態(tài)。在圖17中示出SCB從部件的各條控制線和狀態(tài)線的位定義和信號定義。
在該特定實(shí)現(xiàn)中，板狀態(tài)指示器具有一個位于頂上用于板的壞/好指示的紅/綠LED和一個用于可用狀態(tài)指示的綠LED。
至于RCC的功能存儲器分配圖(見圖18)，在該特定實(shí)現(xiàn)中，每個RCC具有三個不同的由SPC通過SCB總線訪問的存儲區(qū)本地SCB從存儲區(qū)，本地I2C存儲區(qū)(例如用于IDEEPROM，監(jiān)視器)以及VC 3002存儲區(qū)(SCB對HDIO的接口)。在本地SCB從存儲區(qū)中，地址變換具有可按需要擴(kuò)充的功能塊；未使用的存儲器區(qū)可散布在周圍。在圖18中，該表的格式示成主功能塊是粗體的而子塊為正常體。例如，所有有關(guān)板的信息駐留在該存儲空間的底部32個寄存器中；板狀態(tài)駐留在用等于3’b000的MSB定址的寄存器中。
在圖18中，記號“S/C”代表狀態(tài)/控制對于位5，0表示狀態(tài)而1表示控制。“Type”代表可變換到該空間的不同應(yīng)用或功能。在附加和診斷郵箱空間中，為更多類型的服務(wù)或使用保存空間。診斷區(qū)具有可讀寫寄存器以及只讀寄存器。在該特定實(shí)現(xiàn)中，為0x11001xx的地址只能由SCB讀和只能通過I2C端口寫，為0x11011xx的地址只能通過I2C端口讀和只能通過SCB端口寫。
如圖19(寄存器說明)和圖20(VC 3002存儲器分配圖)所示，該特定實(shí)現(xiàn)具有特定寄存器，地址和比特位置與名稱及描述一起列出。位0是最低有效位而位7是最高有效位。根據(jù)輸入或輸出引腳的位定義可隨板不同而改變，圖19-20的值基于線路卡與該特定實(shí)現(xiàn)相關(guān)。
參照說明中平面信號連接的圖21，RCC具有數(shù)個對機(jī)箱中的不同板的中平面連接。各線路卡為主數(shù)據(jù)通路從PAC發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而RCC為輔助數(shù)據(jù)通路發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在二個能支持超過OC-48吞吐量的鎖步(lockstep)高速串行鏈路上提供數(shù)據(jù)通路連接。RCC還連接到SPC卡，以用于系統(tǒng)控制并經(jīng)系統(tǒng)控制總線(SCB)監(jiān)視每塊板。RCC還連接到中平面上，以便用于供電、板存在檢測和槽識別。
在RCC上，在時鐘生成的情況下，VC 3002提供3種不同的LVPECL基準(zhǔn)時鐘輸入RFCA、RFCB和RFCC。每個時鐘輸出具有一個可編程的時鐘乘數(shù)選項(xiàng)(4x，8x，10x，16x，20x)。為了設(shè)定一具體端口的速率，對GXBDR寄存器編程。在GXBDR寄存器中對振蕩器基準(zhǔn)時鐘輸入和時鐘乘數(shù)值二者編程。為使解串化器(DES)達(dá)到位鎖定，VC 3002具有以下時鐘要求本地REFCLK對于SONET幀為+/-20ppm并且對于8b/10b編碼分組為+/-100ppm。
在該特定實(shí)現(xiàn)中，RCC的每個主構(gòu)件含有測試功能，其能診斷以便以每個構(gòu)件為基礎(chǔ)確定問題。
如前面指示那樣，VC 3002具有BIST能力，這可用于測試中平面上的許多或全部RCC/PAC/LC高速串行鏈路，并且用于當(dāng)操作時在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行在線診斷。參照說明VC 3002 BIST環(huán)回測試的圖22，為了完成測試，進(jìn)行下述步驟使LC/PAC上的VSC 7226處于并行環(huán)回，使能VC 3002上的BIST，以及監(jiān)視高速串行鏈路以察看是否出錯。
關(guān)于該特定實(shí)現(xiàn)下的空間約束，圖23示出帶有用于供電的限制區(qū)和連接器的RCC板平面布局圖。如果使用RCC板的背面并且諸如SERDES串行信號路徑的關(guān)鍵路徑是短的和直接的會是有益的。在該特定實(shí)現(xiàn)中可以如常規(guī)那樣設(shè)置諸如ID PROM、溫度傳感器、鎖存器等各種器件。
此外，如果至少在某種程度上遵循下述指南中的一個或多個是有益的保持供電和接地噪聲低于50毫伏；對模擬電源電路濾波，濾波并屏蔽直流—直流轉(zhuǎn)換器以及振蕩器；在電源和地之間使用4.7-10微法的電容器，使用0.01微法的電容器以降低高頻噪聲；避免地平面中的斷開，尤其當(dāng)屏蔽信號時；在連續(xù)不斷開的地平面上方路由高速信號；采用信號層填充；在差分信號布置中，只要可能就保持跡線對相同或接近相同，避免采用通孔改變和層改變，通過布置垂直的跡線或者用接地層分隔跡線使發(fā)送和接收對隔開；以及，在時鐘布置中，保持跡線短，保持線路點(diǎn)對點(diǎn)，并且利用串聯(lián)端接終止跡線。
其它實(shí)施例在下述權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。例如，可以采用多個交叉點(diǎn)接線器。PRC可包括完整、基本或部分自主的板上交換確定分析能力?？衫脽o線或其它通信與RCC通信?？梢岳猛ㄓ没?qū)Ｓ玫倪壿嬰娐坊虿考辽俨糠值卮婊蛘哐a(bǔ)充交叉點(diǎn)接線器部，以完成交叉連接。
權(quán)利要求
1.一種用于在數(shù)據(jù)和話音通信系統(tǒng)中進(jìn)行通信的設(shè)備，該設(shè)備包括線路卡；和該線路卡通信的交叉點(diǎn)接線器；以及和該線路卡以及該交叉點(diǎn)接線器通信的加速卡；其中，該交叉點(diǎn)接線器被配置成在該線路卡和該加速卡之間提供冗余通信路徑。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，該加速卡處理面向話音的信息。
3.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，該加速卡處理面向數(shù)據(jù)的信息。
4.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，該線路卡處理分組數(shù)據(jù)。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，該線路卡處理TDM數(shù)據(jù)。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，該線路卡處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，冗余通信路徑包括物理串行鏈路。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，冗余通信路徑包括帶寬至少為多個Gbps的鏈路。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，冗余通信路徑包括同時有效地載送話音、數(shù)據(jù)和控制信息的鏈路。
10.權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括SPIO接口。
11.權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括MDIO接口。
12.權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括多個SCB總線。
13.權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括寄存器控制系統(tǒng)。
全文摘要
一種用于在數(shù)據(jù)和話音通信系統(tǒng)中通信的設(shè)備。該設(shè)備包括一個線路卡(6020)和一個與該線路卡通信的交叉點(diǎn)接線器(6040)。該設(shè)備還包括一個與線路卡(6020)以及交叉點(diǎn)接線器(6040)通信的加速卡(6030)。該交叉點(diǎn)接線器(6040)配置成在線路卡(6020)和加速卡(6030)之間提供冗余通信路徑。
文檔編號H04Q1/10GK1689285SQ03824007
公開日2005年10月26日 申請日期2003年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月12日
發(fā)明者弗蘭克·K·布拉德伯里, 帕爾韋茲·汗, 史蒂文·R.·鄧斯坦 申請人:思達(dá)倫特網(wǎng)絡(luò)公司