综合多速率交叉连接系统 本发明一般涉及电讯交换系统，更具体地涉及综合多速率交叉连接系统。
数字交叉连接系统为当今现代化电讯传送网的不可分割部分。包括交换载波、长途载波及竞争性旁路载波在内的所有业务供应商都与日俱增地采用它们。巨大的技术进展已使数字交叉连接系统从窄带准备与试验应用发展到宽带频域内的较大网络信号的交叉连接。
传统的数字交叉连接系统极大程度上基于单一的核心系统结构方法，其中所有的交叉连接是通过一个单一的交换节点或矩阵进行的。然而大多数传送网系统结构是基于分层的信号结构的，其中在访问下一层之前必须完全暴露或处理上一层。为了完全掌握分层的信号结构网系统结构，能够处理不同特征要求的数字交叉连接系统必须加以串联。
对于串联的多个数字交叉连接系统，为了端接与修整较低速率的宽带信号，首先使用宽带系统末端接高速光与电信号。宽带系统还支持性能监视与测试访问功能。然后将包含宽带信号的有效负载连接到一个广带(wideband)系统以在获取广带信号中支持类似的功能。然后用一个窄带系统末端接广带信号。对于中心局，为了使信号离开该局，以逆向次序进行这一过程。
随着增加网络复杂性的新业务、新功能与新网络传送信号的开发与进展，将较好的重点放在测试访问功能上以通过快速故障隔离来改进网络寿命及服务质量并减少运转中断持续时间。然而，在传统地串联交叉连接系统中，一旦端接一个信号来抽取嵌入的信号，便丢失了端接信号的访问监视与测试。
一系列单个数字交叉连接系统不能对网络上携带的信号提供完全的测试访问。无法在所有网络等级上提供完整的性能监视、测试访问、路径端接及修整功能严重影响网络寿命与中心局灵活性。
从以上所述，我们已认识到已产生对克服传统数字交叉连接网的可靠性问题的数字交叉连接网的需求。我们已理解存在着能够执行分层信号结构中的所有信号的全面测试访问与监视的数字交叉连接网的实用价值。再者，拥有能够处理嵌入多层信号结构中的所有信号的一个单一交叉连接系统将是有益的。
按照本发明，提供了一种综合的多速率交叉连接系统，它基本上消除或减少了与传统的串联链接数字交叉连接网相关联的缺点与问题。
按照本发明的一个实施例，提供了一种综合多速率交叉连接系统，该系统包括一个用于处理及交叉连接宽带频率电平光与电通信网信号的宽带子系统。一个广带子系统处理及交叉连接来自该网络与宽带子系统的广带频率级电电讯信号。一个窄带子系统处理与交叉连接来自网络与广带子系统的窄带频率级电电讯信号。
宽带子系统还处理与交叉连接来自广带系统的信号。广带子系统还处理与交叉连接来自窄带子系统的电讯电信号。各宽带、广带及窄带子系统是在一个为该综合多速率交叉连接系统提供同步、监视与控制的管理子系统的集中控制下的。
本发明的综合多速率交叉连接系统提供优于传统的单一子系统数字交叉连接系统的许多技术优点。例如，一个技术优点便在于一个综合系统内实现窄带、广带与宽带子系统。另一个技术优点在于对该综合多速率交叉连接系统的各独立子系统提供集中的控制与同步。
又一个技术优点为对信号结构的所有分层信号提供测试访问与故障范围。又另一技术优点与独立交叉连接系统相比减少了网络接口数目及提高了速度与可靠性。从下面的图、说明与权利要求书中，熟悉本技术的人员很容易理解其它技术优点。
为了更全面地理解本发明及其优点，现参考以下结合附图所作的描述，其中相同的参照数字表示相同部件，附图中：
图1示出综合多速率交叉连接系统的概念方框图；
图2示出综合多速率交叉连接系统的的系统结构方框图；
图3示出综合多速率交叉连接系统的控制系统结构的方框图；
图4示出综合多速率交叉连接系统的定时分配方框图；
图5示出综合多速率交叉连接系统的定时小岛概念；
图6示出综合多速率交叉连接系统内的宽带子系统的一部分的方框图；
图7示出用在宽带子系统内的信号的开销格式的示例；
图8示出宽带系统的一部分的方框图；
图9示出宽带子系统内的交叉连接矩阵的方框图；
图10示出综合多速率交叉连接系统内的广带子系统的方框图；
图11示出综合多速率交叉连接系统内的窄带子系统的方框图；
图12示出综合多速率交叉连接系统所生成的矩阵有效负载容量帧的示例；
图13示出综合多速率交叉连接系统所生成的矩阵有效负载包络的示例；以及
图14示综合多速率交叉连接系统的矩阵传送格式。
I 概念性组织
图1为综合多速率交叉连接系统10的概念方框图。综合多速率交叉连接系统10包括管理子系统12控制下的宽带子系统14、广带子系统16及窄带子系统18。综合多速率交叉连接系统10将不同的子系统类型综合进一个单一的交叉连接系统中。宽带子系统14通过宽带接口单元13接收网络光与电信号，用于处理及交叉连接回到网络或广带子系统16。广带子系统16通过广带接口单元15接收较低速率的网络信号，用于直接或通过宽带子系统14或窄带子系统18交叉连接到网络中。
广带子系统16也接收来自宽带子系统14的较高速率信号，用于通过一个辅助信号处理资源路径端接、信号分离、处理与交叉连接。广带子系统16中采用的资源概念为综合多速率交叉连接系统10的一种显著优点，提供诸如多路复用器等一组容易管理的资源，它们能在需要时立即供给与重新分配，而不是要求物理设置及拆除以实现配置变化的专用硬件。
窄带子系统18通过窄带接口单元17接收网络信号，用于交叉连接回到网络或广带子系统16中。利用类似的辅助信号处理资源将广带信号连接到窄带子系统18上供路径端接、处理及交叉连接。
管理子系统12对综合多速率交叉连接系统10内的各子系统提供集中控制、监视及同步。同步是通过中心局标准基准频率进行或者从网络信号定时中导出的。综合多速率交叉连接系统10还包括一个异步传送模式子系统19使综合多速率交叉连接系统10能够通过ATM(异步传送模式)单元分组传输在网络上通信。
II 系统结构
图2为综合多速率交叉连接系统10的高级系统结构。综合多速率交叉连接系统10为交叉连接宽带、广带及窄带级上的信号提供一个综合平台并支持国内与国际速率与格式的交叉连接。虽然综合多速率交叉连接系统10也可处理其它速率上的信号，但为了便于描述，讨论仅限于DS-1、DS-3、STS-1、OC-3及OC-12上的国内信号发送。
综合多速率交叉连接系统10端接同步光(OC-3、OC-12)、同步电(STS-1)、及异步电(DS-3、DS-1)网络信号。交叉连接是通过在所有网络级上保证最大灵活性与增长的多速率、多子系统系统结构提供的。带有单一管理控制下的多个子系统，综合多速率交叉连接系统10为了执行交叉连接管理单个高容量无阻塞矩阵子系统。综合多速率交叉连接系统10包括一个管理子系统12、一个宽带子系统14、一个广带子系统16及一个窄带子系统18。
管理子系统12包括一个管理单元20及一个定时/通信控制器(TCC)单元22。管理单元20为综合多速率交叉连接系统10执行操作、管理、维护及供应功能。管理单元20向用户提供通信接口。管理单元20还与中心局离散信号接口并供报警状态给中心局报警系统。本地或远程终端访问是通过技术(craft)接口提供的。管理单元20通过各种系统部件之间的分层分配方案为综合多速率交叉连接系统10处理系统控制。
定时/通信控制器单元22为综合多速率交叉连接系统10提供通信与定时功能。定时/通信控制器单元22接收一个局定时源而为同步宽带子系统14、广带子系统16及窄带子系统18生成内部定时，并通过由管理单元20监视的控制器分层结构控制综合多速率交叉连接系统10内的每一个部件。定时同步也能从分配给各子系统的网络信号中导出。同步与控制信息是由定时/通信控制器单元22在整个综合多速率交叉连接系统10中分配的。对综合多速率交叉连接系统10外部终端的通信是通过一个远程通信接口提供的。定时/通信控制器单元22提供对操作支持系统的通信接口。
宽带子系统14包括三种单元类型-高速光学(HSO)单元24、高速电气(HSE)单元26及一个宽带矩阵单元28。宽带子系统14支持DS-3、STS-1、OC-3与OC-12信号的网络端接，以及国际端接能力。高速光学单元24端接OC-3与OC-12速率上的同步光信号。高速电气单元26提供分别在DS-3与STS-1速率上的异步电与同步电信号的电端接。宽带子系统14还处理段与行开销字段。网络信号是通过具有锁定在宽带子系统14的时基上的STS-1速率的内部STS-1P信号通过宽带子系统14交叉连接的，但带有交替使用来目标准STS-1信号处理的开销。信号是以传送速率51.84Mb/s上的STS-1b帧通过宽带子系统14传送的。
高速光学单元24与高速电气单元26分别作为宽带矩阵单元28与网络光学与电气域之间的接口工作。高速光学单元24与高速电气单元26监视数据流的质量，并通过在探测到质量低劣的信号时从一条故障的信道切换到一条专用保护信道的保护措施。高速光学单元24与高速电气单元26还插入与抽取用于携带关于有效负载的信息的开销数据，及执行与其它网络部件的通信。
高速光学单元24与高速电气单元26通过内部传输链路30连接在宽带矩阵单元28上。内部传输链路30可长达2公里，使得高速光学单元24与高速电气单元26可以位于远离宽带矩阵单元28的位置上。内部传输链路30携带光信号并允许综合多速率交叉连接系统10的部件在物理布局与位置上具有灵活性。宽带矩阵单元28在正常工作条件下以无差错冗余平面与时钟切换配置提供STS-1速度上的冗余的三级无阻塞交叉连接。
广带子系统16包括三种单元类型-低速电气单元32、辅助信号处理单元38与广带矩阵中心级40。广带子系统16支持DS-3与DS-1信号的网络端接以及国际端接能力。网络信号是以内部矩阵传送格式通过广带子系统16交叉连接的。
低速电气单元32提供DS-1速率上的异步电信号的网络端接。DS-3信号的端接是通过与存在的开关设备(未示出)接口而执行的。
辅助信号处理单元38通过在相应的内部传输链路30上的通信作为广带矩阵中心级40与宽带矩阵单元28、低速电气单元32及窄带子系统18之间的接口工作。辅助信号处理单元38执行同步光学网络(SONET)与异步信号之间多路复用格式转换与映射功能。辅助信号处理单元38也用作对窄带子系统18的接口用于访问DS-0速率业务。广带矩阵的始发与端接级是由辅助信号处理单元38提供的，用于为了在正常操作条件下以无差错冗余平面与时钟开关配置提供冗余三级无阻塞交叉连接而与广带矩阵中心级40接口。
广带子系统16的信号是在VT1.5-VT6速率上交叉连接到具有能携带该VT速率信号的和矩阵有效负载包络的广带矩阵传送格式(MTF)的内部同步信道42中的。结合宽带子系统14讨论的包含DS-3与STS-1在内的较高速率网络信号通常为了在内部传输链路30与辅助信号处理单元38上通过宽带子系统14辅助访问或切换而访问宽带子系统16。
窄带子系统1.8包括三种单元类型-窄带接口单元44、次速率接口单元46及一个窄带矩阵单元48。窄带子系统18的信号最好在DS-0速率上交叉连接。一个任选次速率接口单元46提供在DS-1与DS-3速率上的信号的直接电端接。然而，不用直接信号端接，窄带子系统18通常通过广带子系统16访问网络业务量。
为了访问较低级信号速率分量，广带子系统16将其VT速率的交叉连接信号引导到窄带子系统18上供处理到DS-0信号中。窄带接口单无44通过一条内部链路30提供对广带子系统16的接口。窄带矩阵单元48提供冗余无阻塞双时隙交换矩阵平面来交叉连接包含DS-0速率与次速率级在内的较低速率级上的信号。
如自始至终所示，综合多速率交叉连接系统10在将各部件耦合到一起中还使用冗余数据路径来提高操作可靠性。各子系统是在两个独立平面中组成的，平面内无交叉耦合。各子系统内的各单元具有对两个平面的通路并能独立地选择一个活跃平面。从而在两个平面中都能容纳若干故障而不损失网络业务量。
III 控制结构
综合多速率交叉连接系统10具有通过一个三层处理分层结构操作的控制结构。图3为用于综合多速率交叉连接系统10的控制结构的高层图。顶层控制位于管理子系统12的管理单元20内。虽然综合多速率交叉连接系统10实现多种速率上的多个子系统，为了管理目的，交叉连接是建立在一个单一的逻辑子系统上的。
管理单元20包括冗余处理器50来提供执行操作、管理、维护与供应(OAM&P)功能的平台。处理器50为综合多速率交叉连接系统10执行监视与控制。处理器50通过串行接口52与中心局离散信号接口而为综合多速率交叉连接系统10执行顶层监视与控制。对处理器50的维护访问是通过一个本地终端54或用通过调制解调器56的远程访问完成的。一个RS232开关58确定对处理器50的访问是用本地还是远程终端的。
管理单元20还包括提供对中心局离散信号的接口的一个报警接口60。报警接口60执行对各处理器50的智能监视器通信，监视与处理报警状态，及控制处理器50的复位。报警接口60还提供输入检测点及触点闭合供系统与用户使用。远程报警监视与处理可在一条E2A串行通信信道上完成。
操作员系统控制是通过终端62上的一个图形用户接口得到的。该图形用户接口提供操作员与综合多速率交叉连接系统10的功能之间的直观接口。操作员在控制与分析环境中使用简化系统操作及极大地缩短培训时间的指点与“卡搭”系统。
控制分层结构中的第二层为位于定时/通信控制单元22内的单元管理器64。单元管理器64在处理器50与控制分层结构的第三级之间提供一条冗余的通信与控制路径。系统内部的控制信息是从管理单元20发送到单元管理器6 4的。单元管理器64提供中间级OAM&P功能。处理器50之间及单元管理器64与处理器50之间的通信可用一个冗余的以太网局域网完成。串行接口52提供中心局或其它外部源与处理器50及单元管理器64之间的通信。
定时/通信控制单元22还包括一个同步器66，它接收中心局定时源及生成宽带子系统14、广带子系统16及窄带子系统18所需要的定时信号。可为各子系统设置独立的同步器单元。如果这些子系统需要附加的定时信号，则一个同步器分配器68与同步器66合作提供附加信号。单元管理器64提供控制信息给同步器66与同步器分配器68。
控制分层结构的第三层由位于宽带子系统14、广带子系统16与窄带子系统18的各部件与单元中的单元控制器70执行。单元控制器70控制与监视相关矩阵单元中提供的功能并执行低级OAM&P功能。单元管理器64与单元控制器70之间传输的控制信息，取决取位置制的，可在内部传输链路30上携带或通过直接的电缆连接。在包含所示的高速光学单元24、高速电气单元26、宽带矩阵单元28、低速电气单元32、辅助信号处理单元38及广带中心级矩阵在内的各子系统的所有部件中都设有冗余单元控制器70。
IV 定时考虑
如上面所讨论的，定时/通信控制器单元22通过同步器66并且在必要时通过同步器分配器68为宽带子系统14、广带子系统16与窄带子系统18提供定时信号。同步器66处理中心局定时源及生成各子系统所需的定时信号。同步器分配器68为附加的定时信号要求提供来自同步器66的定时信号的扇出。单元管理器64在管理单元20与同步器66之间提供一条冗余控制路径。
图4为综合多速率交叉连接系统10的定时分配的方框图。为各独立定时单元72中的各交叉连接子系统加入一个层3时基。与各定时单元72关联的维护与控制功能是通过定时/通信控制器22的单元管理器64执行的。将子系统定时单元72同步到中心局定时源，或者定时基准信号可由从网络接收的信号导出。子系统定时单元72根据选择的中心局基准信号生成定时分配信号74供分配给适当的矩阵。定时信号是各自的定时单元72分层分配给整个相关子系统中的其它单元的。
综合多速率交叉连接系统10能够向中心局时基提供可用作定时基准的信号，或可以直接连接在子系统定时单元72上。广带子系统16的低速电气单元32或宽带子系统14的高速光学单元24可为中心局时基或子系统定时单元72提供较低速率的定时基准信号。
图5示出综合多速率交叉连接系统10的定时配置。各子系统分成离开一个特定时基操作的其本身的独有的定时小岛。为了从一个时基变换到另一个，同步是在定时小岛之间进行的。宽带子系统14在宽带时基76中操作，广带子系统16在广带时基77中操作，而窄带子系统18则在窄带时基78中操作。将广带子系统16与宽带子系统18耦合的辅助信号处理单元38提供宽带时基76与广带时基77之间的互相转换。类似地，将窄带子系统18与广带子系统16耦合的窄带接口44提供窄带时基78与广带时基77之间的互相转换。
对综合多速率交叉连接系统10的定时小岛之间的转换位置作出选择以减小电路复杂性及SONET指针移动。例如，DS-3映象的STS-1同步有效负载包络的宽带与广带定时小岛之间的接口将在辅助信号处理子系统38内端接STS-1信号路径的点上。
实现在综合多速率交叉连接系统10内的定时小岛概念容许部件与子系统地理上远距离分布但仍保持系统的综合特征。有关综合多速率交叉连接系统10的定时考虑可在名为“综合多构造数字交叉连接系统结构”的未决美国专利申请序列号-中见到，通过引用将其结合在此。
V 宽带子系统
图6为一部分宽带子系统14的方框图。宽带子系统14包括图6的高速光学单元24与高速电气单元26及上述宽带矩阵单元28。
各高速光学单元24能端接OC-3或OC-12光信号或端接OC-3与OC-12光信号的混合物。高速光学单元24提供光学网络信号与宽带矩阵单元28之间的接口。高速光学单元24还监视数据质量以及插入与抽取开销数据并在必要时提供保护性切换。内部STS-1P信号是在高速光学单元24中生成与转换的，并在内部传输链路30上传输给与接收自宽带矩阵单元28。
各高速光学单元24包括一个光学终端连接器80用于端接适当的光信号。光学终端连接器80将光信号转换成电信号并将数据解密与分离成内部STS-1P信号。将冗余内部STS-1P信号作用在一对修整器82上。
修整器82能修整信号，使得不需要为未使用的网络容量分配矩阵带宽及达到内部传输链路30的最大充满来为未充满的CO-N信号保留矩阵容量。修整器82还在质量检验中探测到质量低劣的信号时提供自动保护切换。如果探测到质量低劣的信号，修整器82将信号传送从一条故障的信道切换到一条专用保护信道。
经过修整器82的处理之后，通过矩阵接口84将内部STS-1P信号接口到内部传输链路30。矩阵接口84将来自修整器82的内部STS-1P信号及来自与高速光学单元24关联的单元控制器70的控制信号在内部传输链路30上传送给宽带矩阵单元28。
一个附加处理器85提供选择的开销位的多路复用与信号分离供内部STS-1P通过矩阵接口84映射。附加处理器85也能用于处理选择开销，特别是在附加处理器85上可接受新的或修改过的开销处理要求。
高速电气单元26提供较高速率电信号(诸如DS-3与STS-1)的端接，并在内部传输链路30上将它们传送到宽带矩阵单元28。信号在受到网络处理器88的处理之前与之后进入与离开终端连接器86上的高速电气单元26。冗余开关90与冗余网络处理器92提供冗余保护。
网络处理器88执行DS-3信号到STS-1同步有效负载包络通路功能所需要的映射与去同步。网络处理器88与92端接各自的线路速率及为了探测质量低劣的信号与采取适当行动而执行增强性能的监视。网络处理器88与92生成与转换内部STS-1P信号供用矩阵接口94放置在与接收自内部传输链路30。
内部传输链路0将系统数据、开销、定时、控制与状态信息从高速电气单元26带到宽带矩阵单元28。矩阵接口94抽取来自内部传输链路30的控制信息供单元控制器70处理，并提供对宽带矩阵单元28的接口。单元控制器70控制下的附加处理器95处理开销数据供通过矩阵接口94内部STS-1P映射。
内部传输链路30连接综合多速率交叉连接系统10内部的主要部件。内部传输链路30采用SONET OC-12信号的速率与帧结构，容许每一条内部传输链路30携带12个内部STS-1P信号。内部传输链路30上携带的内部STS-1P信号遵守为SONET STS-1信号定义的帧格式。
内部STS-1P信号包含与标准STS-1信号的段与行开销位置对应的每帧27字节的开销容量。十二个内部STS-1P信号的内部传输链路30总开销容量为每一125微秒帧324字节。内部传输链路30开销容量分成四个字段--STS-IP开销(96字节)、网络开销传送OHT(192字节)、ITL故障范围B1(1字节)及ITL通信信道ITL-COM(24字节)。
图7示出内部STS-1P信号的开销的内部使用。矩阵接口84通常处理当前严格定义的开销信息。将未在矩阵接口84上处理的与网络信号相关的其它开销连接到附加处理器85上用于附加处理能力。将连接到附加处理器85上的某些开销字段映射到内部STS-1P信号开销的OHT字段中供传送。OHT字段是在附加处理器85上生成与端接的。
为了为内部STS-1P帧提供端到端成帧与故障范围，STS-1P开销字段是在建立与端接内部STS-1P信号帧的点上生成与端接的。B1信号提供内部传输链路30信号的故障范围，并在宽带矩阵单元28上端接。控制信息是通过ITL-COM信道跨越内部传输链路30传送的，以允许单元控制器70与单元管理器64之间的通信。OHT字段用于为在宽带子系统14内端接的各信号(OC-3、OC-12、DS-3、STS-1)映射开销信息。
在宽带矩阵单元28上将为内部STS-1P信号开销定义的四个字段多路复用到内部传输链路30的开销容量中。广带系统16与窄带系统18内内部传输链路30终端的连接类似于对于高速光学单元24与高速电气单元26所示的。然而，在广带/宽带接口或广带/窄带接口上不使用ITL-COM字段。再者，在广带/网络、广带/宽带与广带/窄带接口上不使用OHT字段。
STS-1P开销字段中包含SONET标准定义的字节A1、A2、H1、H2及H3以及供内部使用的字节EC-BIP、CNTL及BCID。EC-BIP(包络容量)字段与SONET定义的B2位置相关联，从而能使用标准B2处理。BCID(宽带信道标识)字段用于携带分配给与宽带子系统14关联的各内部STS-1P信号的唯一代码。CNTL字段是与报警处理及故障隔离机构关联的。
在图8中，宽带矩阵单元28处理通过内部传输链路多路复用器96在内部传输链路30上接收与传输的内部STS-1P信号供交叉连接。内部传输链路多路复用器96将内部STS-1P信号与宽带矩阵单元28的交叉连接矩阵98接口。交叉连接矩阵98为宽带矩阵单元28执行三级无阻塞开关功能。宽带子系统14的宽带矩阵单元28在辅助信号处理单元38上与广带子系统16接口。单元控制器70接口开销空间中的控制信息供在内部传输链路30上传输。
内部STS信号在内部传输链路30上在宽带矩阵单元28与辅助信号处理单元38之间传送。宽带矩阵单元28与辅助信号处理单元38之间的内部STS-1P信号通过宽带矩阵单元28的内部传输链路多路复用器96及辅助信号处理单元38的矩阵接口100出现在内部传输链路30上。宽带子系统14与广带子系统16之间的信息是由辅助信号处理单元38内的辅助信号处理器102处理的。单元控制器70将控制信息与矩阵接口100及辅助信号处理器102接口。
图9为宽带矩阵单元28内的交叉连接矩阵98的方框图。交叉连接矩阵28采用能够切换STS-1速率上的内部STS-1P信号的三级系统结构。交叉连接矩阵98的三个矩阵级指示为始发级、中心级与端接级。内部传输链路多路复用器96与交叉连接矩阵98的始发级与端接级关联。内部传输链路多路复用器96分离进入的OC-12速率上的内部STS-1P信号供在STS-1速率上交叉连接。内部传输链路多路复用器96还多路复用外出的内部STS-1P信号供在内部传输链路30上传输。
VI 广带子系统
可将内部STS-1P信号经由宽带矩阵单元28引导到广带子系统16上。图10为广带子系统16的方框图。广带子系统16通过辅助信号处理单元38耦合在宽带子系统14上。
辅助信号处理单元38包含一个用于分别多路复用与分离去往与来自内部传输链路30的内部STS-1P信号的矩阵接口100。辅助信号处理单元38内的辅助信号处理器102将矩阵接口100输出的内部STS-1P信号转换成内部映射的矩阵传送格式(MTF)，以及反过来。
流往与来自广带中心级矩阵40的信号通过辅助信号处理单元38内的广带数字矩阵单元103产生。广带数字矩阵单元103包括作为三级广带交叉连接矩阵的第一与第三级的始发与端接级。广带交叉连接矩阵的第二级是由广带中心级矩阵40执行的。
冗余附加处理器(未示出)抽取单元控制器所监视的开销数据。所有辅助信号处理单元38都包含用于与窄带子系统18及低速电气单元32互连的类似配置。
对于异步有效负载，辅助信号处理器102端接/建立一个内部STS-1P信号，该信号携带一个DS-3映射的同步有效负载包络，从DS-3信号中分离DS-1信号，将DS-1信号多路复用到DS-3信号中，通过内部矩阵有效负载容量格式将DS-1信号映射到内部映射的矩阵传送格式，及从内部映射的矩阵传送格式解映射成DS-1信号。
对于同步有效负载，还提供了异步与字节同步映射的浮动VT1.5信号的通路功能。这些功能中包括交叉连接异步DS-1信号到DS-1异步映射的浮动VT1.5信号、异步DS-1信号到DS-1字节同步映射的浮动VT1.5信号、DS-1异步映射的活动VT1.5信号到DS-1字节同步映射的浮动VT1.5及两个同步浮动VT1.5信号。还为两种异步映射的VT信号提供了通路功能。
广带子系统16的低速电气单元32提供DS-1网络接口给广带系统16。低速电气单元32端接DS-1信号及执行性能监视，并格式化DS-1信号供通过辅助信号处理单元38传送给广带矩阵中心级40。
低速电气单元32利用网络处理器104用于DS-1线路端接。DS-1信号被端接与映射到内部矩阵有效负载容量(MPC)格式。除了线路与路径性能监视，网络处理器104还执行ESF数据链路监视及允许将外出DS-1信号定时成接收的DS-1信号或重新定时到标准基准频率(SRF)上。
映射器106提供网络处理器104与矩阵接口108之间的接口。映射器106还提供单元控制器70与网络处理器104之间的通信路径。映射器106将映射到矩阵有效负载容量格式的信号与内部STS-1P信号接口。
矩阵接口108与前面讨论的矩阵接口相同。矩阵接口108端接内部传输链路30信号及分配内部STS-1P信号给映射器106。内部传输链路30提供远程低速电气单元32与辅助信号处理器单元38之间的通信路径。
不使用内部传输链路30的本地低速电气单元可通过下述方法实现：去掉其关联的辅助信号处理器102，用一个广带数字矩阵单元103取代矩阵接口108，及将映射器106改变成在矩阵有效负载容量格式与矩阵传送格式之间转换。单元控制器70为管理单元20与低速电气单元32的所有部件之间的控制信号提供一个接口。
广带矩阵中心级40为所有交叉连接的数据执行数据信道化与开关功能。广带矩阵中心级40包括广带中心级接口114及广带中心级开关116。广带中心级接口114端接来自辅助信号处理单元38内的广带数字矩阵单元103的始发与端接级的信号供广带中心级开关116交叉连接。
广带中心级接口114用下述方法执行数据信道化：准备供通过广带中心级开关116传送的数据，组合相同信道供放置在一个公共输出上，及监视路径完整性。广带中心级开关116结合广带数字矩阵单元103为广带子系统16执行矩阵开关与交叉连接功能。单元控制器70为管理单元2°与广带矩阵中心级40的所有部件之间的控制信号提供接口。
VII 窄带子系统
广带子系统16能将信号引导到窄带子系统18。图11为窄带子系统18的方框图。窄带子系统18用内部传输链路30通过窄带接口单元44耦合到广带子系统16上，而不需要网络接口。窄带接口单元44包括一个用于多路复用与信号分离去往与来自内部传输链路30的内部STS-1P信号的矩阵接口120。STS-1多路复用器122将内部STS-1P信号转换成VT信号及将VT信号转换成内部STS-1P信号。
窄带单元控制器124从STS-1P多路复用器122接收的VT信号中抽取有效负载供通过窄带矩阵单元48交叉连接及最终通过次速率接口单元46或其它广带信道输出到网络。窄带单元控制器124还将来自网络的有效负载映射到VT信号中供最终在广带子系统16中交叉连接。
VIII 宽带操作
A.网络光信号
综合多速率交叉连接系统10的操作取决于所接收的网络信号。为信号流讨论参见图6，从宽带子系统14的高速光学单元24上的网络光学域接收的OC-3速率上的进入数据被光学终端连接器80接收，后者将光信号转换成STS-3电信号，恢复时钟与帧信息，及检验STS-3信号的质量。
随后，光学终端连接器80解密STS-3信号并将其分离成其三个STS-1分量信号及检验各STS-1信号的质量。从各STS-1信号抽取开销字节并加以处理，以及将其多路复用及发送以附加处理器85。对各STS-1信号指针处理，抽取STS-1同步有效负载包络(SPE)，并将STS-1信号同步有效负载包络映射到这时在宽带时基上的一个内部STS-1P信号中。
修整器82接收内部STS-1P信号并按照单元控制器70的指令执行开关与保护。将来自修整器82的内部STS-1P信号引导到矩阵接口84。矩阵接口84检验各内部STS-1P信号的质量并在内部STS-1P信号传送开销中插入内部开销字节。将多个内部STS-1P信号，最好是12个，多路复用到一个STS-12P电信号中，将后者转换成光信号供在内部传输链路30上输出到宽带矩阵单元28。
对于出去的OC-3数据，高速光学单元24的矩阵接口84在内部传输链路30上从宽带矩阵单元28接收一个光输入。矩阵接口84将光信号转换成内部STS-12P电信号，恢复时钟与帧信息，并检验内部STS-12P信号的质量。矩阵接口84解密与分离内部STS-12P信号成12个内部STS-1P信号。
从内部STS-1P信号传送开销中抽取内部开销字节并将其提交给附加处理器85及单元控制器70供解释及随后采取适当行动。恢复内部STS-1P信号并输出到修整器82。修整器82执行内部STS-1P信号的切换与保护。将来自修整器82的内部STS-1P信号传输给光学终端连接器80。光学终端连接器80检验各内部STS-1P信号的质量，插入适当的开销信息将内部STS-1P信号变换成标准STS-1信号，以及将标准STS-1信号多路复用成一个STS-3信号。然后将STS-3信号转换成适当的光信号供传输到网络上。
B.网络电信号
对于在高速电气单元26上的进入DS-3或STS-1信号，终端连接器86接收在DS-3与/或STS-1速率上的网络信号。网络处理器88端接各DS-3或STS-1线路速率，将它们的有效负载映射到一个STS-1同步有效负载包络中，并根据宽带子系统14的时基将它们的有效负载包卷进一个内部STS-1P信号。
DS-3与/或STS-1网络信号也被从终端连接器86送至冗余开关90，在其中选择一个信号供输出到备用网络处理器92。冗余开关90与备用网络处理器92为高速电气单元26执行保护措施。
将来自网络器88的内部STS-1P信号送到矩阵接口94，后者将内部STS-1P信号多路复用成一个内部STS-12P信号。将内部STS-12P信号转换成包含系统数据、DS-3开销、SONET开销、内部开销、定时、控制与状态信息的一个光信号供在内部传输链路30上传输到宽带矩阵单元28。
对于外出的DS-3与/或STS-1信号，矩阵接口94将在内部传输链路30上来自宽带矩阵单元28的光信号转换成一个内部STS-12P电信号。矩阵接口94将内部STS-12P信号分离成12个内部STS-1P信号供分配给网络处理器88。对于DS-3信号输出，端接内部STS-1P信号并从STS同步有效负载包络中去掉DS-3信号。对于STS-1信号输出，网络处理器88不触动内部STS-1P信号，但去掉内部开销信息及插入SONET兼容的开销信息。然后准备DS-3与/或STS-1信号有效负载用终端连接器86传输到网络。
IX 广带操作
A.宽带接口
对于广带子系统16中的信号流，参见图10。在辅助信号处理单元38的矩阵接口100上接收在内部传输链路30上来自宽带子系统14的进入数据。矩阵接口100将来自内部传输链路30的光信号转换成内部STS-12P电信号，恢复时钟与帧信息，及检验内部STS-12P信号的质量。矩阵接口100将内部STS-12P信号解密及分离成12个STS-1P信号。
从内部STS-1P信号上剥离内部开销信息供一个附加处理器(未示出)在单元控制器的控制下处理。将各内部STS-1P信号从矩阵接口100输出到一个独立的辅助信号处理器102。
辅助信号处理器102端接携带异步或同步有效负载的一个内部STS-1P信号。异步有效负载携带DS-3映射的同步有效负载包络，而同步有效负载则携带V T映射的同步有效负载包络。
B.异步有效负载
对于异步有效负载，辅助信号处理器102端接内部STS-1P信号以抽取DS-3信号。端接DS-3信号并抽取关联的DS-1信号并将其映射到锁定在本机系统定时上的同步矩阵有效负载容量帧中。
图12示出为一个DS-1信号在矩阵有效负载容量帧中的映射的示例。矩阵有效负载容量帧具有类似于VT1.5信号的结构，除外开销字节是用于内部广带功能的。DS-1信号以类似于为SONET VT1.5信号定义的方式映射到一个矩阵有效负载容量帧中。
将矩阵有效负载容量信号映射到一个矩阵有效负载包络中。网络业务量以定义为携带各种网络信号的矩阵有效负载包络帧通过辅助信号处理单元38传送的。矩阵有效负载包络的有效负载包含36个字段的容量及一个用于映射各种异步网络信号的内部开销字段。各字段提供28条信道的一个字节位置加上一个填充字节。填充字节用于频率调整兼容性。矩阵有效负载包络携带VT1.5或VT2信号的一个STS-1有效负载容量。
图13示出矩阵有效负载包络的示例。矩阵有效负载包络是以矩阵传送格式的方式映射到一个位交错信号中的字节交错数据格式供串行传输给广带矩阵中心级40。
信号是以使用矩阵传送格式的125微秒同步帧通过广带矩阵中心级40传送的。图14示出矩阵传送格式的示例。矩阵传送格式链路提供28条广带信道，各信道能携带一个VT1.5或VT2有效负载。这些信道是在矩阵传送格式帧上位交错的，以减少矩阵开关部件的延迟与存储器需求。
已定义了由24个矩阵传送格式帧构成的超级帧来提供传送某些内部广带维护信息的带宽高效手段。矩阵传送格式帧包括对应于矩阵信道中携带的296位(37个字节)的296种矩阵帧。各矩阵帧携带用于28条广带矩阵信道中各条的一位加上一个帧位。矩阵传送格式信号是以串行68.672Mbit/S广带频率流从辅助信号处理器102传输到广带数字矩阵单元103的，以便进入广带交叉连接矩阵的始发级供通过广带矩阵中心级40处理。
对于外出的数据，广带数字矩阵单元103在广带交叉连接矩阵的端接级上接收矩阵传送格式信号并将矩阵传送格式信号传输到辅肋信号处理器102。广带数字矩阵单元103接收来自广带矩阵中心级40的矩阵传送格式信号，并为辅助信号处理器102将它们从差分信号转换成单端矩阵传送格式信号。
辅助信号处理器102将矩阵传送格式信号分离成表示28条广带信道的28个矩阵有效负载包络信号。根据VT奇偶性的性能监视及信道开销用信道基选择冗余信号路径之一为一条信道上的两个平面作出数据平面选择。
选择的矩阵有效负载包络信号中抽取矩阵有效负载容量帧并进一步抽取成DS-1信号。将DS-1信号多路复用到一个DS-3信号中并映射到一个内部STS-1P同步有效负载包络中。构成内部STS-1P信号并送至矩阵接口100，后者将12个内部STS-1P信号多路复用成一个内部STS-12P电信号。加密该内部STS-12P信号并转换成一个光信号供在内部传输链路30上的传输到宽带子系统14。
矩阵有效负载容量帧携带用标准SONET异步映射映射的异步信号。通过将矩阵有效负载容量帧映射到矩阵有效负载包络中，可以加上在矩阵有效负载容量格式中不支持的附加开销。为了减小存储器需求，将具有并行格式的矩阵有效负载包络映射成矩阵传送格式的串行型式。串行型式只需要一个单一的位的存储器，不象矩阵有效负载包络的并行格式那样需要多个存储器。再者，可在从矩阵有效负载包络映射成矩阵传送格式中加上成帧开销。
C.同步有效负载
对于同步有效负载，辅助信号处理器102支持各式各样的交叉连接。例如，辅助信号处理器102执行下列交叉连接-异步DS-1信号与携带在异步映射的VT信号中的DS-1信号之间以及同步VT信号到VT信号的交叉连接。
对于进入的数据，辅助信号处理单元38接收来自内部传输链路30的光信号，并在矩阵接口100上将光信号转换成内部STS-12P电信号。矩阵接口100上将光信号转换成内部STS-12P电信号。短阵接口100在内部STS-12P信号上执行质量检验，并将内部STS-12P信号解密与分离成12个内部STS-1P信号。用附加处理器(未示出)从内部STS-1P信号中检索与处理内部开销。
将各内部STS-1P信号从矩阵接口100送至一个独立的辅助信号处理器102。辅且信号处理器102将内部STS-1P信号组成帧及相位校准，并根据信号的质量检验与性能监视选择冗余内部STS-1P信号中的一个。
对于同步VT信号到VT信号的交叉连接，端部所选择的内部STS-1P信号并抽取同步有效负载包络，以及通过指针处理将同步有效负载包络中的VT信号在频率与相位上锁定在本机时基上。在映射成矩阵传送格式之前，将VT信号直接映射到矩阵有效负载包络中。
对于异步映射的VT信号，端接这些VT信号并抽取VT信号同步有效负载包络内的DS-1信号。去掉DS-1信号的同步并将其映射同步矩阵有效负载容量帧中。将矩阵有效负载容量帧映射到矩阵有效负载包络中，随后将后者映射成矩阵传送格式供传送到广带数字矩阵单元103内的广带交叉连接矩阵的始发级。
在外出方向上，通过广带数字矩阵单元103的广带中心级40与端接级的广带交叉连接矩阵在辅助信号处理器102上接收矩阵传送格式信号。
对于同步VT到VT交叉连接，辅助信号处理器102从矩阵传送格式中抽取矩阵有效负载包络信号。从矩阵有效负载包络中抽取VT信号并将其映射到内部STS-1P信号中供矩阵接口100处理及最终在内部传输链路30上传输。
对于异步映射的VT信号，辅助信号处理器102从矩阵传送格式帧中抽取矩阵有效负载包络信号，并进一步从矩阵有效负载包络信号中抽取矩阵有效负载容量信号。从矩阵有效负载容量帧中抽取DS-1信号，及去掉其同步并将其异步映射到VT信号中。将VT信号映射到内部STS-1P信号中供矩阵接口100处理及最终在内部传输链路30上传输。
辅助信号处理器102还支持下述交叉连接-异步DS-1信号与携带在异步映象浮动VT1.5信号中的DS-1信号之间，异步DS-1信号与携带在字节同步映象浮动VT1.5信号中的DS-1信号之间，携带在异步映象浮动VT1.5信号中的DS-1信号与携带在字节同步映象浮动VT1.5信号中的DS-1信号之间，以及两个同步浮动VT1.5信号之间。
在进入方向上，矩阵接口100接收来自内部传输链路30的光信号并处理光信号以生成内部STS-1P信号，如上面所讨论的。辅助信号处理器102选择冗余STS-1P信号中适当的一个并抽取内部STS-1P信号的同步有效负载包络。将同步有效负载包络中的VT信号锁定在本机时基上以及通过指针处理频率与相位对准。
对于同步浮动VT到VT信号交叉连接，将这些VT信号直接映射到矩阵有效负载容量帧中。将矩阵有效负载容量信号映射到矩阵有效负载包络中，随后将后者映射成矩阵传送格式供通过广带子系统16传送。
对于异步映射的信号，通过去掉填充过程从VT1.5有效负载中抽取DS-1信号，并去掉DS-1信号的同步以生成一个平滑的DS-1信号。将该DS-1信号映射到矩阵有效负载容量帧中供随后通过矩阵有效负载包络映射成矩阵传送格式。
在字节同步操作中，建立一个新的DS-1信号帧并将DS-0信令位与数据映射到这一DS-1帧中。然后将这些DS-1信号映射到矩阵有效负载容量帧中。将矩阵有效负载容量信号映射到矩阵有效负载包络中，随后将后者映射成矩阵传送格式供通过广带子系统16传送。
在外出方向上，辅助信号处理器102通过广带矩阵中心级40与广带数字矩阵单元103的交叉连接矩阵接收矩阵传送格式信号。从矩阵传送格式信号中抽取矩阵有效负载包络信号并从矩阵有效负载包络信号中抽取矩阵有效负载容量信号。
对于同步浮动VT信号到VT信号的交叉连接，将矩阵有效负载容量信号直接转换成一个VT信号同步有效负载包络。
对于字节同步操作，从矩阵有效负载容量信号中抽取DS-1信号，端接各DS-1帧，抽取DS-1帧位、信令位、及DS-0信号。建立一个相位与频率锁定在本机广带时基上的VT同步有效负载包络，并采用顾及外出DS-1信号的频率变化的传输指针处理将一个DS-1帧位、信令位及DS-0信号映射到VT信号同步有效负载包络中。
对于异步映射信号，从矩阵有效负载容量信号中抽取DS-1信号。然后根据广带时基通过填充操作将这些DS-1信号映射到VT信号同步有效负载包络中。
为各交叉连接建立了VT信号同步有效负载包络之后，将这些VT信号映射到一个内部STS-1P信号同步有效负载包络中并映射到内部STS-1P信号中供通过矩阵接口100传送到内部传输链路30上。
X 窄带操作
对于窄带子系统18中的信号流，参见图9。在窄带接口单元44的矩阵接口120上接收内部传输链路30上的来自广带子系统16的网络外出数据。矩阵接口120将内部传输链路30上的业务量分离成内部STS-1P信号。在STS-1多路复用器122上端接内部STS-1P信号并从同步有效负载包络中抽取VT信号。窄带控制器124端接VT(必要时DS-1)信号并抽取DS-0信号供在窄带矩阵单元48上交叉连接及由次速率接口单元46网络处理。
对于来自网络的进入信号，窄带控制器124将所接收的DS-0信号映射到DS-1信号到一个矩阵有效负载容量信号，到DS-1信号到一个异步浮动VT1.5信号，到DS-1信号到字节同步浮动VT1.5信号，或者直接到一个字节同步浮动VT1.5信号。将窄带控制器124建立的VT/MPC信号用STS-1多路复用器1.22转换成一个内部STS-1P信号。矩阵接口100多路复用内部STS-1P信号供在内部传输链路30上传输给广带子系统16。
XI 故障范围
综合多速率交叉连接系统10的各子系统提供故障范围及监视各自携带的网络业务量。用于携带网络业务量的综合多速率交叉连接系统10内的信号的设备故障检测是设置在信号端接点上的。在建立内部信号的点上生成各内部信号的故障范围信息，并在端接点上不断地监视故障范围信号。将所有信号的故障范围放置在各信号的对应开销字段中。
XII 摘要
概括地说，一个综合多速率交叉连接系统在一个单一的综合单元中包含宽带、窄带及广带子系统。该综合多速率交叉连接系统内的部件能通过内部传输链路分布在广阔的地理区域上。各子系统是处于其本身的唯一定时小岛中的，以提供分布式实现并容许综合多速率交叉连接系统内的同步。综合多速率交叉连接系统能处理国内与国际配置中的光与电信号。
从而，十分明显，按照本发明已提供了一种满足上面提出的优点的综合多速率交叉连接系统。虽然详细描述了较佳实施例，但应理解为可在其中作出各种改变、替代及更动。例如，在综合多速率交叉连接系统的操作中可采用不同数目的信号路径。熟悉本技术的人员很容易理解其它实例并在不脱离下述权利要求书所定义的本发明的精神与范围下作出。