多路复用异步传递方式信元的装置与方法 本发明涉及到多路复用ATM(异步传递方式)信元的一种装置和一种方法。
一般来讲，一种ATM通信方法使其能够利用通信数据序列被分成一些信息包或者信元在具有各种特性的各种各样信源之间通信，每个信息包或信息元都有恒定的数据长度并且它们被称为信元(ATM信元)。在ATM通信方法中，这些ATM信元被统计地多路复用，而后发送给传输线。
同时，一种使用于ATM通信方法的ATM信元多路复用装置接收信元，并且为每条传输线或者每个由信源特性定义的质量等级暂时将这些信元存储到缓存器(信元缓存器)。此外，ATM信元多路复用装置仲裁和多路复用这些从缓存器读出的信元成为一个多路复用的信元序列。该多路复用的信元序列根据由质量等级确定的发送优先级发送给每条传送线。
当一个信元不能够从一个缓存器写时，该信元被抛弃而没有发送出。因此，在存储器容量中缓存器的数量应该大一些以便保持低的抛弃率。另一方面，当缓存器的数量保持较大并且获得低的抛弃率时，这将导致传输延时发生，原因是从缓存器读出被写入缓存器的信元需要非常长的时间。
还有，根据一种信源，需要服务的质量必须是变化的。在这种情况下，无论是低的抛弃率还是小的延时时间都是第一位置选择的。
例如，当该信源产生一个声音时，延时时间的增加严重地降低服务的质量，但是抛弃信元在一定程度上是允许的。
正相反，当信元产生数字数据或者传真数据时，增加延时时间在一定程度上是可以允许地，但是抛弃信元应该是不允许。
所以，对于这些具有不同允许条件的信源，一个ATM信元多路复用装置必须是期望地可操作以便优化延时时间和抛弃率。
因此，在利用对应于质量管理等级之一的信元缓存器每个需要的级别中可以提供高等级服务。
然而，如上所述的ATM信元多路复用装置带来需要大量存储器的问题，这是由于信元缓存器利用低效率的原因。
将发送给传输线并且将提供给一个ATM信元多路复用装置的ATM信元质量等级是分布在一个宽范围上，因而在短时间内是不确定的。
例如，当这些ATM信元由N个信元集中在特殊的质量等级时，质量等级信元缓存器的合适空间被保持以便累加要发送给相应传输线的N个ATM信元。在这种情况下，其它质量级别的信元缓存器还需要具有N个ATM信元的可用空间，虽然这些信元缓存器没有完全利用。
因此，本发明的一个目的是提供一种可以解决上述问题的ATM信元多路复用装置。
还有，本发明的一个目的是提供一种可以提高信元缓存器的利用效率并且用最小存储器取得类似性能的ATM信元多路复用装置。
根据本发明的第一方面，这里提供了一种将ATM信元多路复用成通过一条传输线传输的ATM信元序列的方法，这些ATM信元是被分为不同的质量等级并且存储在一个信元存储器中。该方法包括如下步骤：在信元存储器中空闲区域存储不同质量等级的ATM信元，为每个质量等级存储指向存储不同质量等级的ATM信元的区域的指针值，参考存储的指针值为每个质量等级读取该指针值，以及读取利用指针值存储这些区域中的ATM信元，向传输线发送被传输的ATM信元。
根据本发明的第二方面，这里提供的一种将ATM信元多路复用成通过一条传输线传输的ATM信元序列的方法，这些ATM信元是被分为不同的质量等级并且存储在一个信元存储器中。该ATM信元多路复用装置包括：一个在空闲区域存储不同质量等级ATM信元的信元存储器，一个管理存储ATM信元的区域的地址的指针管理器，一个确定这些ATM信元质量等级的质量等级确定电路，在指针管理器控制下为每个质量等级存储储存ATM信元指针值的区域的指针值的一指针值存储器，以及一个发送优先级控制器，该优先级控制器为每个质量等级读取指针值，读取存储在参考指针值指向区域的信元存储器中的ATM信元，以及发送这些ATM信元给传输线。
根据本发明的第三方面，这里提供的一种可处理被分为不同质量等级的ATM信元的ATM信元多路复用装置。该ATM信元多路复用装置包括：一个包含多个区域的信元缓存器，每个区域都存储一个ATM信元；一个读写管理器，其利用每个都对应于一个区域的指针为信元缓冲区执行ATM信元读操作和写操作；以及一个指针管理器，它将每个指针与ATM信元质量等级联系起来，ATM信元是被存储在由指针指定的区域内。
根据本发明的第四方面，这里提供的一种可操作处理被分为不同质量等级ATM信元的多路复用方法。该方法包括如下步骤：将ATM信元存储到一些区域中；将这些区域的每个区域与一指针相联系；将这些指针的每一个与ATM信元质量等级联系起来，ATM信元是被存储在由指针指定的区域中；以及为每个质量等级利用指针从这些区域中读取ATM信元。
图1示意地显示一个在已有技术中使用的装置的缓存存储器；
图2显示一个在已有技术中使用的装置例子的方框图；
图3示意地显示一个应用本发明的ATM信元多路复用装置的移动通讯网络的结构；
图4显示本发明的一个实施例的方框图；
图5A显示表示图4中所示装置的工作过程的流程图；
图5B显示表示图4中所示装置的工作过程的流程图；
图6显示一个ATM信元、一个ATM信元信头，以及一个AAL信头的设计布局；
图7显示图4中所示指针管理装置7的方框图；
图8示意地显示一个本发明的装置的缓冲存储器。
首先，参考图1和2描述一个ATM通信的已有技术。图1显示公开在日本公开出版物No.平04-157844(即，157844/1992)题名为“ATM信元多路复用装置的缓存器”的一个ATM信元多路复用装置的结构图。在图1中，当质量等级检测器3接收到来自终端1之一的ATM信元时，质量等级检测器3确定该ATM信元的质量等级。该ATM信元暂时存入对应于ATM信元的质量等级的一个信元缓存器4中。
在此，质量等级是一个确定多长延时时间是可以接受的条件或者对信源例如，声音，图象，和数据多少抛弃比率是可以接受的分级。该质量等级是根据VPI(虚拟通道识别符)或者(虚拟信道识别符)VCI来确定的，VPI(虚拟通道识别符)或者(虚拟信道识别符)VCI包括ATM信元信头的以及安排给按一个终端1的要求连接的每个连接。
当该ATM信元存入上述信元缓存器4之一时，信元发送请求发生，由发送优先级控制装置对每个ATM信元的质量等级通过控制优先级进行确定以致于对每个质量等级保证一定的带宽，这些ATM信元从确定质量等级的信元缓存器4读出，并且这些从信元缓存器4读出的ATM信元一个接一个被多路复用以及发送给传输线6。
在这种情况下，假设能够存储在一个信元缓存器的ATM信元的数量是2n(＝N)，要发送的质量等级的数量是M，而缓存器的每个都有可以存储的ATM信元相同数量N以致于即使这些ATM信元都集中到一个质量等级也能正常工作，每个具有长度N×53(字节)的M个信元缓存器是需要的如图2中所示。然而，作为一个结果，存在许多没有使用的区域，所以信元缓存器的利用效率被降低。
接下来，参考图3到8描述本发明的一个实施例。
根据本发明的ATM信元多路复用装置的一个实施例可以应用到如图3所示的一个移动通信系统。详细地，本发明可以应用于基于ATM通信系统和实用TDMA而构成的移动通信系统中的基站22，基站控制器23，交换机24或者网关25。但是本发明的应用没有限制这些。例如，本发明还可以应用于在ATM通讯网络内采用的所有通信技术中，而不管是无线通信还是象无线通信技术一样的有线通信来构成ATM通讯网络的一般节点。
在一个由基站22，基站控制器23，和交换机25构成的移动通信系统的网络中，考虑到移动通信系统提供业务的变化(变化到多媒体)或者考虑到连接在基站22，基站控制器23，和交换机25之间的传输线的多路复用统计地利用效率，已经采用了ATM技术。
参考图3，移动台21利用移动通信系统并且与其它移动台或者连接到其它网络的移动终端通信。这些通信是以各种方法实现，如采用语音或图象(例如，传真)，和数据通信的通信。
来自移动台21的通信数据通过无线通信发送给基站22的一个。基站22从移动台21或者其它移动终端接收通信数据，将该通信数据分解成一些ATM信元，然后发送这些ATM信元给基站控制器23。
因此，该通信数据一般在一个移动通信网络中作为ATM信元处理而不管通信数据的种类。所以，该移动通信系统可以构成容易应付一种作为多媒体技术被开发而变化的通信方法。
基站控制器23为每个用户实现从基站22接收的有关ATM信元的路由选择，并且发送ATM信元给交换机24或者发送给由基站控制器23控制的其它基站。类似于基站控制器23，交换机24为每个用户实现从基站控制器23接收的有关ATM信元的路由选择，并且发送ATM信元给其它交换机或者发送给网关25。网关25与其它网络相互交换ATM信元，例如，有线电话通信网。
在这种情况下，因为要在ATM通讯网络中发送到相同方向的ATM信元可以异步地发送给对应于ATM信元出现的相同传输线而不管该ATM信元的用户，所以对用户不用准备预定信道的传输线，与以前的通讯网络系统不同。
然后，参考图4描述根据本发明的一个ATM信元多路复用装置。
图4显示一个根据本发明包括一个ATM信元多路复用装置的基站的方框图。例如，该基站是图3中所示的基站22。
多个终端1接收来自图1中所示移动台21的一个多样的数据，如语音，图象，和编码数据，并且变换这些数据成为每个都具有质量等级的ATM信元。终端发送装置2发送从多个终端1发来的ATM信元。
质量等级确定装置3提取包含在终端终止装置2停止的一个ATM信元中的信头字段内的如VPI和VCI信息，并且根据该信息确定该ATM信元的质量等级。
信元缓存器4是一个暂时存储ATM信元的装置。
指针管理器7管理ATM信元的指针和这些指针被存储在信元缓存器4中。
指针缓存器8是一个存储存在信元缓存器4中的ATM信元的指针，并且包括多个等级缓存器(等级1到等级M)，其中每一个对应于一个质量等级。这些指针根据由质量等级确定装置3确定的一个质量等级以FIFO(先进-先出)方式被存储到一个等级缓存器中。
发送优先级控制装置5根据一个预定的优先级算法确定ATM信元的质量等级，从指针缓存器8中的相应等级缓存器读出一个指针值，读出存储在信元缓存器4中指针值的ATM信元，并且发送该ATM信元至传输线6。
接下来，描述根据本发明的ATM信元多路复用装置的有关操作。
图5A显示一个ATM信元进入信元缓存器4的写操作的流程图。图5B显示一个来自信元缓存器的ATM信元读操作的流程图。
首先，参考图5A，解释ATM信元进入信元缓存器4的写操作。
当一个ATM信元进入到一个终端1时，ATM信元的信头信息如包括在VPI或VCI中的信息由质量等级确定器3提取并且确定质量等级(步骤A1)。
图6显示ATM信元的设计布局。这个ATM信元有53个字节长，并且包括5个字节的信元信头21和48个字节含有任何信息的信息段22。当该ATM信元使用在一个终端与一个ATM网络之间时，信元头21是一个ATM信元头。这里，信元信头21包括4个比特的流量控制区域，8个比特的VPI区域，16个比特的VCI区域，3个比特的有效负荷区域，一个比特的信元损失优先级区域，和8个比特信头错误控制区域。还有，使用在ATM网络中的ATM信元除了用作虚拟路径识别区域的流量控制区域外与上述信元有类似的结构。
在ATM通信技术中，呼叫终端与被呼叫终端之间的连接是由一个来自呼叫终端的呼叫请求建立的，一个唯一的VCI分配给ATM网络中的每个连接，而一个唯一的VPI分配给属于一个组的连接。
在此，ATM信元多路复用装置中提供的业务内容，即，质量等级是根据该连接的呼叫请求定义的，该质量等级记录在质量等级表(没有显示)的一个VPI字段或一个VCI字段。因此，质量等级确定装置3参照该表并确定ATM信元的质量等级。
此外，质量等级确定装置3可以通过参考包含在该ATM信元的信息字段中的一个AAL(ATM自适应层)信头信息确定该质量等级。
当图4所示的ATM信元多路复用装置应用于无线终端的一个基站时，可变长度信息包数据如来自每个终端的语音数据发送给该装置，该数据在终端终止装置2被变换为ATM信元，并且这些ATM信元被多路复用以及通过传输线6发送到一个无线控制台，一个短信元信头(SC-H)，例如图6所示的信息段22，被附加在该可变长度信息包数据上，然后它们被分离为一些ATM信元。
如图6所示的信息字段一样的短信元信头具有基于ITU-T1.362.2标准的AAL类型2短信元信头。该短信元信头包括，离开自信元字段的开始到信元字段的结束的6个字节的一点有三个字节的任何地方，包括8个比特的信道识别(CID)区域，6个比特长的有效负荷区域，两个比特的信息包负载型区域，三个比特用户到用户识别区域，以及5个比特信头误差检测区域。质量等级确定装置3可以提取，例如，对于每个ATM信元的CID或者直接从终端终止器件获得CID，以及其可以根据该CID确定该ATM信元的质量等级。
再回到图5A，从质量等级确定装置3接收质量等级的通知的指针管理装置7在信元缓存器4中搜索空指针(步骤A2)，存储该信元数据到由相对应指针值地址指向的区域(步骤A3)，而该指针值在步骤A3同步被存入相对应于指针缓存器8的等级缓存器。
接下来，参考图7描述有关指针管理装置7的工作。图7显示一个如图4所示指针管理装置7的方框图。该指针管理装置7包括一个对应信元缓存器4的指针登记的管理排队存储器71，包括一个管理排队存储器71的地址解码器72，包括一个表示管理排队存储器的写地址的管理排队写地址计数器73，包括一个表示管理排队存储器的读地址的管理排队读地址计数器74，包括一个比较管理排队写地址计数器73与管理排队读地址计数器74两者的比较器75，以及包括一个根据由质量等级确定装置3指定的一个质量等级来选择指针缓存器8的等级缓存器(等级1到等级M)之一的选择器76。
如果信元缓存器4的数量是N个信元，则准备53个存储器空间×N。如果每个存储空间开始的指针值由一个字长度表示，则在管理排队存储器71中准备N个字长的存储器。
如果在管理排队存储器71中字地址的数值是0到N-1，则管理排队写地址计数器，其为一个N进制计数器，表示在信元缓存器4中连续地存储使用的指针的管理排队存储器71的最小地址，而管理排队写地址计数器，其为一个N进制计数器，表示在信元缓存器4中连续地存储空指针的管理排队存储器71的最小地址。
当一个ATM信元进入时，一个管理排队读地址计数器74的计数值在地址解码器72解码(图7中，数据流C1)，一个以地址形式存储的信元缓存器4的空指针值(数据流C2)，以及一个信元数据通过采用作为写地址的指针值写入信元缓存器4(数据流C3)。
同时，该指针值写入到一个根据质量等级由选择器76选中的等级缓存器(数据流C4)。
如上所述，该信元数据被写入到由空指针指定的信元缓存器4的一个区域，管理排队读地址计数器74加1(箭头C5)，而管理排队存储器71指针值的一个地址被合并到使用的地址作为最大地址。
接下来，参考图4，5(B)和7描述关于读取信元缓存器4的ATM信元的操作。
首先，发送优先级控制装置5控制ATM信元的发送，根据预定优先级算法确定要发送的ATM信元的质量等级(步骤B1)，以及从指针缓存器8中对应的缓存器等级以FIFO方式读出一个指针值(步骤B2，图7中数据流C6)。然后，这些ATM信元数据通过利用读取指针值作为读地址从信元缓存器4读出，并且这些读出的ATM信元数据被发送给传输线6(步骤B3，数据流C7)。
在发送ATM信元数据之后，一个表示管理排队写地址计数器73的计数值由地址解码器72解码(数据流C8)，这个发送的ATM信元数据的指针值被写入管理排队存储器71中对应的地址(数据流C9)，管理排队写地址计数器73加以1(箭头C10)，以及一个空区域的结束作为一个空指针登记(步骤B4)。
比较器75比较管理排队写地址计数器73的计数值(写地址计数器值)与管理排队读地址计数器74的计数值(读地址计数器值)，如果两者一致，就确定信元缓存器4不空并且一个信元抛弃信号被发送，结果，一个接收的信元数据被抛弃而没有缓存到信元缓存器4中。
在如上所述根据本发明的ATM信元多路复用装置的结构与工作中，信元缓存器的利用率可以改进并且用较小的存储器获得类似的功能。
因此，本发明的ATM信元多路复用装置将ATM信元一个接一个地存储到公共信元缓存器中的一个空区域中，而不考虑它的质量等级。再者，该装置是可操作以至引人注目地通过存储信元缓存器的指针值来减少需求信元缓存器的数量，在信元缓存器中信元数据被发送到一个单独为指针缓存器8中质量等级准备的以及是FIFO存储器的信元缓存器。
根据本发明，如图8中所描述，只不过需要准备一个能够存储N×53个字节的ATM信元，准备一个包括每个能够存储N×n位指针的M个等级缓存器(等级1到等级M)的指针缓存器，以及准备一个与指针缓存器具有相同容量的管理排队存储器17。所以，缓存器的利用率得到改进以及存储器资源相当大地减少。
如上所述，根据本发明，ATM信元多路复用装置将ATM信元的多个质量等级存储到一个信元缓存器4中，并存储和控制在每一个都对应于一个质量等级的一个质量缓存器中的一指针值，该指针值是存储在信元缓存器中的ATM信元的地址值。因此，信元缓存器的使用效率被改善，并且相同的性能是以很少的存储器实现的。