在异步传送方式网络中进行 同步传输的方法及电路结构 本发明涉及在ATM网络中以恒定比特率进行同步传输的方法及实现这一方法的电路结构。
在CBR(恒定比特率)传输中，整个网中需要一个统一的系统时钟。为了这一目的，基于一个中央系统时钟的生成，一个分级结构被建立，以这种方式，与另一方通信的一方就时钟而言起主控(master)作用，而另一方则起从属(slave)作用。在STM系统的传输中，从属方的接收器能够从接收到的信号中恢复时钟，并使得对接收到的信号的处理及其本身的发送器与该时钟同步。在电信系统中，相应各为高一些的网络层通常就低一些的网络层而言是主控方。在用户领域，基本上网络是主控方而用户是从属方。
ATM(异步传送方式)网中的CBR传输特别需要量度以在信源和信宿之间获得同步。例如当在ATM网中传输语音和图像时这一情况便发生。在ATM的传输中，不可能从接收到的信号中恢复一个时钟。在没有使定义为从属方的设备达到同步的特定量度情况下，由于独立系统不可避免的频率偏差，将会出现更多故障。在从属方过低的时钟频率的情况下，在其接收器中将发生数据拥塞而在主控方地接收器中将出现“数据中的空洞(hole)”。在从属方过高的时钟频率的情况下，其接收器将出现“数据中的空洞”而在主控方的接收器中将出现“数据拥塞”。有各种保证在ATM网中无差错CBR传输的方法，它们在“I-ETS 300 353宽带综合业务数字网(B-ISDN)异步传送方式(ATM)适配层(AAL)规范类型1”中被标准化。
所有已知的方法都有一个互通(interworking)单元，它有一个用于CBR数据流的输入端，该单元被放置在主控方的传输侧(分段)。互通单元根据I-ETS 300 353 B-ISDN，按照AAL1对CBR数据流进行分段产生ATM信元。产生的ATM信元通过互通单元的一个输出端被输出到一个实际的传输通路。实际传输通路被认为是所有通信链路部件、转换器、复用器、交换设备、交叉连接等的总和，它必须与到从属方的接收器的传输通道相匹配。由于异步传送方式，实际传输通路上的延迟时间是不固定的，而是关于一个平均时间波动(DTV-延迟时间偏移(Variation))。这样在主控方的互通单元的输出端的准恒定信元速率就与实际传输通路末端的大一些或小一些的波动有关。因此，接收设备总是有一个输入缓冲器。输入缓冲器的大小将根据实际传输通路的期望DTV而定，以这种方式，即使当到达信元间有最小间隔时，缓冲器不会溢出，以及当与信源时钟同步连续查询时，在到达信元间有最大间隔时，没有输入缓冲器的空闲操作发生在输入缓冲器的输出端。互通单元的接收方(重新组装)被连接到输入缓冲器的输出端。按照与I-ETS 300 353 B-ISDN相一致的AAL1，CBR数据流被互通单元从ATM信元中重新组装。由时基产生的时钟被通过一个附加输入端输入到接收方的互通单元。这一时钟决定了使在互通单元输出端可用的CBR数据流的数据速率。
在已知的SRTS(同步剩余时间标记)法中，通过输入端被输入系统时钟的一个SRTS发生器，被安装在主控方。SRTS发生器从系统时钟中产生一个时间标记，系统时钟的剩余RTS(剩余时间标记)通过一个输出端被输入到主控方互通单元的一个附加输入端。主控方的互通单元将RTS插入到所生成的ATM信元的AAL1开销中。RTS的产生和插入在I-ETS 300 353 B-ISDN中被标准化。RTS是一个与期望值的偏移，该期望值用4比特(1比特符号，3比特数值)明确描述这个偏移量。由于前提是期望值被接收器认为是“一个先验信息”，所以后者又可以重新产生时间标记。从与接收器本身的时基的比较，可以得到接收器时基的调整变量。为此，例如，一个通过输入端被输入时基时钟的SRTS发生器被安装在接收方。与主控方的SRTS发生器类似，该SRTS发生器根据时基的自由时钟产生相应的RTS，它被输入到一个所需的/实际的值比较器的输入端。所需的/实际的值比较器的第二个输入端被连接到接收方互通单元的一个附加输出端。接收方的互通单元从接收到的ATM信元中将主控方的RTS抽出，并将这个RTS输送到所需的/实际的值比较器的第二个输入端。所需的/实际的值比较器从两个输入信号的比较中获得一个被送到一个控制器中的误差变量。控制器从该误差变量中产生一个校止变量，后者被传送到时基，以便时基根据该校正变量调整其时钟。详细描述可以在“ATM网络，第三版，179页etseq；Othmar Kyas，DATACOM出版社”中看到。这一已知方法的缺点是主控方和接收方在硬件和软件方面都必须进行修改，这就使所描述的方法非常昂贵。
此外，从I-ETS 300 353 B-ISDN中可以知道ACR(自适应时钟恢复)法，它不需要在主控方修改。为此，在接收器方的输入缓冲器有一个附加输出端。一个表明该输入缓冲器是否已超过半充满的控制信号出现在这一附加输出端上。这个控制信号被传送到一个控制器的输入端。此控制器根据该控制信号产生一个校正变量，该校正变量被送到时基。然后时基根据校正变量调整时钟。这个方法的缺点是输入缓冲器的许多信元不得不被占用，并且这种缓冲会以延迟时间的方式影响传输。在以64kbit/s传输的情况下，这意味着每个信元有6ms的额外延迟。
因此本发明基于的目标是，提供用于在ATM网络中以恒定比特率进行同步传输的方法及实现这一方法的电路结构，其中用硬件或软件方面较少的修改就可以得到短小的延迟时间。
这一问题的解决是利用本发明的两个方面的特征而得到的。
本发明的一个方面在于，一个用来在ATM网中以恒定比特率进行同步传输的方法，其中利用一个包含输入缓冲器、互通单元、时基和控制器的接收设备，使恒定比特率的数据流在发送器方通过互通单元被转换成ATM信元流，其中
a)ATM信元在传输后在接收方被存储到输入缓冲器中，
b)输入缓冲器中的各ATM信元中的每一个都被赋予一个与其接收时间相关的时间标记TS，
c)存储在ATM信元中的数据由互通单元以恒定比特率作为数据流而进行的输出开始于相对于接收时间延迟的时间TA，
d)对于这一延迟时间，一个所需的值tV被规定，这一所需的值tV大于从发送器到接收器的ATM信元的传输时间偏移DTV，
e)实际延迟时间通过产生TA-TS的差值而确定，
f)一个误差变量tR＝tV(TA-TS)被产生，并且被传送到控制器，
g)控制器根据误差变量tR产生一个校正变量，
h)校正变量被传送到时基，以及
i)时基的时钟频率根据校正变量与偏移相反向地被调整。
本发明的另一个方面在于，ATM网络的一个接收器站，包含一个输入缓冲器，一个互通单元，一个时基，一个所需的/实际的值比较器和一个控制器，在此站中输入缓冲器的一个输出端被连接到互通单元的一个输入端，互通单元的一个输出端被连接到所需的/实际的值比较器的一个输入端，所需的/实际的值比较器的一个输出端被连接到控制器的一个输入端，控制器的一个输出端被连接到时基的一个输入端，并且时基的一个输出端被连接到互通单元的一个输入端，
其中时基的一个附加输出端被连接到输入缓冲器的一个输入端，且时基的一个附加输出端被连接到所需的/实际的值比较器的一个输入端。
本发明的另一些有利的精巧设计从以下的特征而得到：
根据上述本发明的一个方面的方法，其特征在于，其中的控制器被设计为一个积分控制器。其特征还在于，控制器根据误差变量tR得到符号值，并按照Δf＝k∑(SIGTA(i))调整时基的时钟频率。
根据上述本发明的另一个方面的接收器站，其特征在于，其中控制器被设计为一个积分控制器。
下面参考一个优选的示例实施方案更详细地解释本发明。在各图中：
图1表示一个ATM网络的简要方框电路图，
图2表示一个起始情形的时序图，
图3表示一个工作状态下的时序图，以及
图4表示控制的时序图。
ATM网络1包含一个互通单元2，后者有沿发送方向的输入端3和输出端4，在方框电路图中只标明了发送方向。要被传输的CBR数据流通过输入端3被传送到互通单元2。ATM信元由互通单元2依据AAL1对CBR数据流的分段而生成。所生成的ATM信元通过输出端4被传送到一个实际传输通路5。实际传输通路5组成直至接收器的传输链路部件的总和。ATM网络1的接收器包含一个有输入端7和输出端8的输入缓冲器6，一个有数据输出端10和信号输出端11的互通单元9，一个所需的/实际的值比较器12，一个控制器13和一个时基14。通过实际传输通路5被传送的各ATM信元再通过输入端7传送到存储它们的输入缓冲器6中。在输入缓冲器6接收ATM信元时，这些ATM信元中的每一个都被赋予与接收时间相关的时间标记TS。这是借助于在时基14的附加输出端和输入缓冲器6的附加输入端之间的一个连接15而发生的。由于这个时间标记TS不必在已输入的ATM位置被插入，而只须赋予它，且时间标记不必要被从发送器向接收器传送，所以就可以避免昂贵的压缩(例如剩余-RTS)。时基14有一个附加输出端，它通过连接16被连到所需的/实际的值比较器的一个输入端，且当前时间信息TA通过该附加输出端被连续发送。如果ATM信元被从输入缓冲器6传送到互通单元9，则CBR数据流又被重新组装，在接收一个ATM信元至开始在CBR数据流中输出之间的延迟时间的所需的值tV被规定。实际延迟时间取决于从发送器到接收器的传输时间的波动及CBR数据流输出所用的时钟频率。这个时钟频率经由连接17从时基14送到互通单元9。通过信号输出端11，一个被重新组装的ATM信元的时间标记TS被输出，并被送到所需的/实际的值比较器12的另一个输入端。所需的/实际的值比较器12根据两个输入信号TA和TS的差值与延迟时间tV的规定的所需的值的比较，得到一个误差变量tR。误差变量tR通过连接18被从所需的/实际的值比较器12的输出端传送到控制器13的输入端。控制器13根据误差变量tR产生一个校正变量，该校正变量被从控制器13的输出端通过连接19传送到时基14的输入端。被传送的校正变量与误差变量tR相反地去调整时基14的时钟频率。
图2说明了起始情况，即第一个ATM信元的接收和输出。时间轴20表示输入缓冲器6的输入端7的时序图。时间轴21表示互通单元9的输出端的时序图。首先进来的ATM信元22被加上时间标记TS23。互通单元9接收到该第一个ATM信元22，并通过延迟时间tV24直到时间tA25将输出的开始延迟。这样误差变量tR＝tV-(TA-TS)＝0就被所需的/实际的值比较器12为这个起始情况确定了。这个值被传送到控制器13，后者相应不输出任何校正变量到时基14。这样，被输出的第一个ATM信元22的数据被在互通单元9的数据输出端10与时基14的还未受控制的时钟一起作为数据流段26输出。随后被输入的ATM信元27的数据作为数据流段28，无间断地被加到第一个ATM信元22的数据流段。
工作情形，即开始情况后ATM信元的接收和输出，及相关的控制机制，在图3中被说明。时间轴29表示在输入缓冲器6的输入端7的时序图。时间轴30表示在互通单元9的输出端的时序图。互通单元9在时间TA(i)32终止信元(i-1)(未加以说明)的数据31的输出，并且开始下一个进入的ATM信元(i)34的数据33的输出，该信元已在输入缓冲器6中准备好且有时间标记TS(i)35。时间标记TS(i)35被从互通单元9传送到所需的/实际的值比较器12。所需的/实际的值比较器12比较时间标记TS(i)35与当前时间TA(i)32之间的差值(其差值由时基14通过连接16连续获得)与被永久规定的延迟时间tV24。tR＝tV-(TA-TS)≠0的误差变量由此被确定。误差变量tR通过连接18被传送到控制器13，控制器据此得到一个校正变量，该变量通过连接19被传送到时基，并且时基14的时钟频率也被校正。图3说明的情况是，作为被延迟的ATM信元34的输入或时基14在其输出端过高的时钟速率的结果，间隔(TA-TS)变得≤tV，这样误差变量tR就成为一个正值。因此所描述的控制过程就被设置为这样一种方式，在这种情况下，它导致时基14在其输出端时钟频率的降低。如果ATM信元34的ATM位置34的数据要作为互通单元的数据输出端10的数据流中的数据段33被不受这种控制而输出，则输出将在时间36被终止。作为控制作用的结果是，发生了向时间TA(i+1)37的位移。现在对于作为互通单元9的数据输出端10的数据段39的下一个ATM信元38的输出，整个过程被以同样的方式不断重复，时间标记TS(i+1)40被赋给新的ATM信元38。
图4说明了基于积分控制器的控制电路的一个实施方案。输入缓冲器6的输入端的时序图41被说明。进来的ATM信元42被说明，归因于DTV的各ATM信元42间的不同间隔的说明已被省略。时序图43表示误差变量tR44，它是在各自的时间TA(i)被所需的/实际的值比较器12确定并被传送到控制器13的。时序图45表示在控制器中由误差变量tR 44的时序图43得到的符号曲线46。时序图47表示时基14的输出端的时钟频率。还被说明的是所需的频率的大小，它等同于时序图47的时间轴、允许的最大值48、允许的最小值49以及受控制影响的实际值轮廓50。实际值轮廓50是符号曲线46的积分，其中如果符号曲线有一个-1值，则由控制器13通过连接19使用一个校正信号以每隔时间TA(i)被增加一个步程，或如果符号曲线46有一个1值，则每次被减少一个步程。选择时基14的时钟频率更改所用的步程的大小，使得在时钟频率的最大值48和最小值49之间的范围内有足够大数量的步程。误差变量是通过时基14的时钟的频率偏移与DTV的叠加这一方法得到的。由于使用Δf≤200ppm的高稳定振荡器使时钟的频率偏移很低，误差变量的单个值基本上利用DTV确定。但是，由于发送器方的ATM信元是用恒定信元速率输送的，利用相对长时间段上的关系式∑DTVi＝0该误差变量的影响就被消除了。这样时基14的时钟频率改变所用的步程的大小就被定向到时钟的可能频率偏移而不针对在一个ATM信元输出中补偿误差变量tR到0了。因此，评估符号曲线的积分控制器就产生了比校正DTV的比例控制器要好的控制性能。
如果ATM信元向输入缓冲器6的传送是利用UTOPIA(ATM的通用测试及操作物理接口)发生的，则时间tS就可以从SOC(信元开始)信号所得到。延迟时间tV可以被设为很低，且不会象ACR方式那样，引起大量信元被接收。条件是延迟时间tV确定要大于出现在物理ATM网络中的两个被接收到的信元之间的间隔的变化(传送延迟时间偏移)。在一个交换和传输能力都未被用到极限值的ATM网络中，这一变化是小的。在实际应用的情况下，条件是，例如，偏移要小于一个ATM信元的输出时间，这样输出就可以正好在第二个ATM信元被输入之前开始。
这个方法的一个可接受的缺点是，在接收方被生成的时间标记TS的序列有叠加到它上面的DTV。不过，这样控制电路就按照DTV去校正时基1 4的时钟频率。因此，实际频率曲线50有归因于DTV的一个波动。与此对比，SRTS方式不受DTV的影响。但是，在这里也会出现实际频率曲线中与控制有关的波动，因为RTS易发生数字剩余误差。作为一个瞬时值，这也导致一个校正过程且只在一定数量的传输上才得到平均。
参考标号表
1)ATM网络
2)互通单元
3)输入端
4)输出端
5)传输通路
6)输入缓冲器
7)输入端
8)输出端
9)互通单元
10)互通单元输出端
11)信号输出
12)所需的/实际的值比较器
13)控制器
14)时基
15)连接
16)连接
17)连接
18)连接
19)连接
20)时间轴
21)时间轴
22)ATM信元
23)时间标记TS
24)延迟时间TV
25)时间TA
26)数据流段
27)ATM信元
28)数据流段
29)时间轴
30)时间轴
31)数据
32)TA(i)
33)数据段
34)ATM信元(i)
35)时间标记TS(i)
36)时间
37)时间TA(i+1)
38)ATM信元
39)数据段
40)时间标记TS(i+1)
41)时序图
42)ATM信元
43)时序图
44)误差变量tR
45)时序图
46)符号曲线
47)时序图
48)最大值
49)最小值
50)实际值轮廓图