本发明的详细描述
通过参照图1-10，可以更好地理解本发明的较佳实施例极其优点，各图中，
相同的标号用来表示相同或相应的部件。
参见图1，图中示出的是综合多结构数字交叉连接系统10的硬件结构框图。
综合多结构交叉连接系统10包括管理和控制子系统12，为系统10提供告警处
理和防备、工作人员接入、定时和通信控制等管理功能。管理和控制子系统12
包括交叉连接矩阵20-24矩阵非邻近时用的分开且独立的定时子系统。当不是同
处于局内时，为每一宽带系统14、广带系统16和窄带系统18提供独立的时基。
管理和控制子系统12包括定时/通信控制器子系统25，它包含三个单元：控
制26、同步27和通信28。如果交叉连接的子系统14-18同处局内，比如，在具
有若干邻近子系统的小系统中，可以采用公共定时/通信控制器系统25。如果子
系统14-18非同处局内，则采用向每一子系统14-18提供分开且独立的定时参考
信号的分立定时/通信控制器子系统25。此定时方案产生一种独特的定时结构，
即，在一个综合系统10中采用三个时基。所以，在时基交界处和系统的其他点
进行频率调整和相位校准。
管理和控制子系统12通过标准通信接口或距离较长的光链路与宽带、广带和
窄带子系统14-18耦合。前文中，将系统10中的光链路称作为综合局链路或IOL，
下文中仍然可以这样称呼。IOL在OC-N速率下工作，并载送有效负载数据、定
时信息、控制信息、故障范围信息和从网络接口板在IOL开销字段中提取的开销。
每一宽带、广带和窄带子系统14-18包括分别用于各层信号交叉连接的矩阵20-
24。宽带矩阵20可以做成以在STS-1速率进行信号交换的无阻塞三级空分结构。
广带矩阵22可以做成以VT1.5或VT2速率进行信号交换的三级空分结构。另外，
二矩阵20和22可以使用多个矩阵信道来切换速率较高的连续信号。这些包括(但
并非局限于)STS-3C、STS-12C、VT3、VT6和VT6Nc。窄带矩阵24提供冗
余无阻塞双时隙互换矩阵平面，以交叉连接速率较低的信号，包括DS0。北美和
欧洲速率和格式都受到支持。所以，系统10支持DS1和DS3速率的异步终端，
并支持STS-1和OC-N速率(包括OC-3和OC-12)的同步SONET终端。
采用光链路IOL34和36分别将宽带矩阵20与相关高速光单元(HSO)和电单
元(HSE)的机架30和32耦合。在IOL上传送的信号可以做成OC-12帧格式，并
修改开销字段的某些应用。每一IOL载送12个类似STS-1(STS-1P)的有效负载和
几个含有用作内部故障范围和通信信道用的信号、超帧指示信号和与网络终端相
关的信息的非标准开销字段。这些开销字段和它们的功能将在下文中作详细讨
论。
当用作使交叉连接结构互联时，IOL载送网络业务、定时信息和故障范围信
号。IOL34和36还用来将高速单元30和32连接到宽带矩阵20上以及将远端低
速单元54连接到广带矩阵22上。当用来连接单元机架时，IOL除载送网络业务
外，还载送维护和控制信号以及与网络终端有关的开销信号。每一IOL可以在系
统10中定义，长度最长可达2公里。IOL距离长的性能使机架的具体排列结构
具有灵活性，从而实现多种平面布置，并使安装成本最低。
从图中可以看出，包括OC-3和OC-12的OC-N信号在通过IOL34与宽带矩
阵20耦合的高速光单元30中终接线路。在高速电单元32处提供整个电STS-1
和DS3线路终端。在STS-1速率下通过宽带矩阵20使网络信号交叉连接。与OC-N
或电STS-1信号相关的STS-1同步有效负载包络(SPE)在锁定到宽带时基的STS
帧中交叉连接。DS3交叉连接是通过按照SONET标准将DS3信号异步变换成
STS-1 SPE信号后再变换成STS-1P帧来实现的。
宽带矩阵20接着通过IOL40与广带子系统16耦合。广带子系统16通过另
一IOL42与窄带子系统18耦合。正如上文中讨论的那样，IOL34、36、40和
42在长度上可以达到两公里，并且适宜于载送12个STS-1P有效负载和开销字
段。IOL所载送的开销字段中的信息是非标准的，并且用于维护、控制、确定故
障范围和传送从网络接口板提取的开销到中央开销处理机。光链路IOL34、36、
40和42上的双向业务是在标准SONET OC-12速率下传送的。
宽带矩阵20通过接口单元或分支信号处理机(TSP)50与广带矩阵22耦合。分
支信号处理机52也用作广带矩阵22和窄带子系统18之间以及广带矩阵22和低
速(LS)单元54之间的接口。分支信号处理机50-54在综合多结构数字交叉连接系
统10的定时结构中发挥着重要的作用，其细节描述如下。
广带子系统16支持包括DS1或E1信号的线路终端。包括DS3和STS-1的
较高速率网络信号可以通过宽带子系统14进入广带子系统16。DS1终接是在远
端和/或本地低速单元子系统54和56处进行的，这里，远端低速单元54通过另
一分支信号处理机60，由IOL58与广带矩阵耦合。广带信号在包含能够载送VT2
信号的非标准有效负载包络的已修改同步信道中交叉连接。将异步信号(比如
DS1、E1和VT信号)变换到修改成广带的信道内，以进行内部非标准传送和交
叉连接。通过用标准SONET变换规范分别将信号变换成VT2、VT3和VT6有
效负载包络，提供E1、DS1C和DS2的网络总接口和异步交叉连接。矩阵传送
格式(MTF)信号含有28个信道，每一个信道能够载送VT2有效负载。如图1所
示，广带矩阵22与分支信号处理机50、52和60、低速单元56和转换单元59
之间的信号业务都用矩阵传送格式。至于矩阵传送格式的更详细描述，请参见共
同待批且转让给本申请人的、标题为“综合多速率交叉连接系统”(律师文件号
36560-773)的专利申请，在此引用供参考。
窄带矩阵24通过窄带接口单元62与广带子系统16耦合。与窄带矩阵24耦
合的交叉连接接口单元64在包括DS1和DS3带宽的速率下提供信号的电终端。
窄带子系统18一般安排成通过广带子系统16接用网络业务。较低速率的信号(包
括DS0)由窄带矩阵24进行交叉连接。至于综合多结构数字交叉连接系统硬件结
构的更详细的描述，请参见共同待批的、标题为“综合多速率交叉连接系统”的
专利申请(律师文件号36560-773)。
参见图2，图中较详细地示出了宽带结构14。宽带矩阵20被复制成A拷贝
和B拷贝或具有相关矩阵接口(MI)单元80-94的面70和72，相关矩阵接口(MI)
单元80-94用作通向IOL的接口，并主要在STS-1P和IOL信号之间执行多路复
用和去多路复用。通过IOL104-110与宽带矩阵20耦合的是高速光(HSO)单元或
机架100和102，它们的主要功能是作为宽带矩阵20和光通信部分之间的接口。
如图所示，高速光单元100和102终接包括OC-12和OC-3信号的SONET OC-N
信号。OC-12高速光学单元100包括矩阵接口单元112和114，用来分别对
IOL104和106上载送的IOL信号的A、B拷贝进行多路复用和去多路复用。矩
阵接口单元112和114与信号推荐器(groomer)(SG)116和118此二A、B复件耦
合，信号推荐器116和118推荐或切换从矩阵接口单元112和114或光终端机
(0T)120接收到的STS-1P信号。如图3中所示，推荐器116和118可以与单元控
制器耦合。同样，OC-3高速光机架102包括矩阵接口单元130和132的A、B
拷贝、信号推荐器134和136以及光端机138。
为了与广带矩阵子系统连接起来，提供了分支信号处理机单元50。分支信号
处理机50包括冗余分支信号处理机177和矩阵接口单元178。矩阵接口单元178
进行IOL光信号和STS-1P信号之间的转换，分支信号处理机177终接STS-1P信
号的路径，以提取DS3、DS1或VT信号，并将它们变换成矩阵传送格式信号，
传送到广带矩阵。
还参见图3，图中示出了高速光单元30中开销字段信息的转接和处理的简化
方框图。以OC-N格式，在光端机120和138的接收输入端处，接收来自光通信
部分的入局数据。将光信号转换成NRZ电信号，从而恢复时钟和帧，并检验STS-N
信号的质量。随后，可以将数据解扰并去多路复用成STS-1信号。
这时提取区段和线路的开销字节，并进行处理。将与在光端机120和138中
未经处理的网络信号相关的那些开销字节发给附加处理机(AT)140和142此
二A、B复件，进行处理和终接。另外，开销也可通过附加处理机转发给MI，
以插入到ILO-N。在宽带矩阵提取开销，并且可将其发给中央开销处理机进行处
理和终接。在提取并处理了开销信息以后，如SONET标准所规定的那样，对STS-1
信号进行指示字处理，并提取STS同步有效负载包络，与系统进行同步。将非标
准STS-1P开销数据插入到线路开销中，合成的STS-1P信号经路由选择，并传送
到冗余推荐器116、134、118和136，按单元控制器144和146的指令，切换
并保护这些信号。
然后，输出的STS-1P信号转发到冗余矩阵接口单元112、130、114和132。
在矩阵接口单元112、130、114和132处，检验每一STS-1P信号的质量。矩
阵接口单元112、130、114和132进一步将12个STS-1P信号多路复用成IOL
信号。注意IOL在本实施例中速率定为OC-12，尽管也可以采用其他的速率。在
附加的处理机140和142中产生某些非标准开销字段(包括提取的网络开销)和某
些故障范围字段，并将它们变换成IOL开销的开销传送(OHL)字段，用于传送到
集中处理设备。单元控制器144和146进一步产生要通过宽带集中传递到TCC子
系统25的控制信息(IOL-COM)。两个IOL-COM信道(A和B拷贝)用作这一目的，
并且IOL-COM信息插入到由MI插入的IOL开销中IOL故障范围字段的恰当字
段内。
在矩阵接口单元112、130、114和132的光输入端处，从冗余宽带矩阵20
接收出局数据。将IOL光信号转换成NRZ STS-12P电信号，根据该信号恢复时
钟信号。还恢复帧，并检验STS-12P信号的质量。随后，将数据解扰并去多路复
用成12个STS-1P信号。从IOL开销字段提取IOL-COM开销字节，并传送到单
元控制器144和146，在这里解释信息，并执行恰当的动作。开销传送字段也通
过附加处理机140和142转发给光端机120和138。可以选择这些字段，用来插
入到出局网络信号开销内。重新确定STS-1P信号的条件，并转发到推荐器116、
134、118和136，这些推荐器切换并保护STS-1P信号。输出的STS-1P信号传
送到光端机120和138，光端机120和138检验每一信号的质量，插入开销字节，
将STS-1信号多路复用成恰当的STS-N信号，并将STS-N信号转换成OC-N光信
号传送到网络上。
耦合到宽带矩阵20的还有高速电(HSE)单元或机架32。高速电单元32包括
用于A和B冗余面的矩阵接口单元150-156，A、B冗余面与两组24个网络组
件(NP)单元160和162以及2个备份单元164和166耦合。网络组件单元160-166
是用于终接DS3或STS-1的线路终端设备。在每一组中，一个备份网络组件专用
于DS3保护，而另一个专用于STS-1保护。提供冗余开关机(RS)170和172，用
以在主要网络组件单元出故障时，切换到用于每组网络组件单元的两个备份单元
中的一个上。
由用户接口盘(CIP)174和176提供载有DS3或STS-1速率业务的网络电缆的
接口。从图2中可以清楚地看到，高速电单元32具有终接48个DS3和TST-1信
号的容量，并包含保持这些信号的设备。
还参见图4，图中示出高速电单元32中的开销转接和处理。在用户接口盘
174和176中处理和终接某区段和线路的开销字节，但将其他未处理的开销转发
到附加处理机180和182或集中处理设备进行处理。附加处理机180和182产生
开销传送字段，这些字段又沿所选路由发送到矩阵接口单元150-156，插入到IOL
信号内。还提供冗余单元控制器184和186，用来控制高速电单元32运行，这
些控制器还通过IOL开销字段与定时/通信控制器子系统25进行通信。
参见图5，图中示出了描述SONET传送和路径开销字节的标号。这些开销
字段的格式和功能由SONET标准充分定义，其细节可以参见Bellcore出版的“同
步光学网络(SONET)传送系统常见一般规范”，技术参考资料TR-NWT-000253
和技术报告TA-NWT-000253。还可以参阅其他相关的Bellcore出版物。表1和
表2中小结了开销字段。
A1-A2 组帧
C1 STS-1识别
B1 区段位交错奇偶性(BIP)-8
E1 联络线
F1 区段用户信道
D1-D3 区段数据通信信道
表1-STS-1区段开销
H1-H2 指示字
H3 指示字动作字节
B2 线路位交错奇偶性(BIT)-8
K1-K2 自动保护交换信道
D4-D12 线路数据通信信道
Z1-Z2 线路扩容
E2 联络线
表2-STS-1线路开销
如上所述，某些开销字节可以在高速光学单元和电单元的网络接口单元(OT
和CIP)中处理和终接，而某些其他开销字节转发到附加处理机进行处理。附加处
理机进一步产生和接收非标准网络开销传送信息(OHT)，而单元控制器进一步产
生和接收用于插入到IOL开销中的非标准IOL通信信道信息(IOL-COM)。所以，
IOL开销字段包括所有的SONET段和线路开销字段，并带有所选开销字段的
再次定义。IOL开销字段可以划分成4组，见表3。
STS-1P OH STS-1P开销字段
OHT 网络开销传送
B1 IOL故障范围BIP-8
IOL-COM IOL通信信道
表3-IOL开销组
具体说来，某些STS-1P开销字段提供故障检测和隔离的信息以及控制。
STS-1P开销小结于表4中：
EC-BIP 包络容量BIT-8
BCID 宽带信道识别
SME STS-1P监视器启动
SFI 超帧指示器
DSAI DS3告警指示器
STAI STS-1告警指示器
表4-STS-1P指示器
总之，EC-BIT是用作检测传输奇偶性差错的偶包络容量位交织奇偶性-8。
BCID是分配给交叉连接矩阵中每一终接点的特定信道识别码，用来检测端对端
故障。SME是用来使故障隔离处理同步的位。SFI用来定义广带子系统16中的
48帧超帧结构。DSAI是用来向下行端设备指示，发生了DS3告警指示信号
(AIS)，或者在DS3接口中检测并报告了会产生AIS的网络状态。STAI用来指示
产生了STS路径告警指示信号(AIS)，或者对从网络接收到的STS-1信号检测到
会产生该信号的网络状态。
参见图6，图中示出了图5所示电路210的STS-1P路径监视部分。STS-1P
路径监视电路216包括从两个STS-1P和时钟数据流以及两个内部产生的STS-1P
和时钟数据流中进行选择的前端多路复用器218。内部产生的比特流可以选择用
于系统诊断和测试目的。选择的STS-1P数据流由检测STS-1P开销中字节A1和
A2的组帧模式的组帧器220接收(图5)。检测到A1和A2模式以后，产生识别紧
靠在A1和A2后面的C1字节的全字节帧脉冲。每一组帧器220转换数据流并输
出全字节并行数据。当接收到预定个数的连续出错组帧模式时，非帧信号(OOF)。
在接收到两个连续无错帧以后，非帧信号(非帧位)清除。全字节数据随后提供给
解扰器222，解扰器222会接受指令，对A1、A2和C1以外的帧字节进行解扰。
来自解扰器222的输出随后提供到几个差错监视电路，这些电路包括包络容
量位交错奇偶性-8(EC-BIP)监视器224、EC-BIP计算器225和信道识别(CID)监
视器226。对STS-1P帧的线路包络容量进行偶数奇偶性BIP-8的监视。按照
SONET的规定，每一STS-1P帧携带前一STS-1P帧的EC-BIP。所以，EC-BIP
计算器225从解扰器222接收当前全字节STS-1P信号，并按照SONET的规定计
算偶数奇偶性BIP-8。计算的EC-BIP随后提供到EC-BIP监视器224，将计算的
EC-BIP与从后面的STS-1P帧提取的EC-BIP比较。如果两个值不相等，则出现
奇偶性差错。计数器(未图示)可以累计出现的差错数。差错计数器和BIP值可由
处理器控制访问。注意，EC-BIP字节在SONET线路开销中定义，并可以占用
B2字节位置。
STS-1P开销中的BCID字段用来载送分配到与宽带矩阵20相关的每一STS-
1P信号的特定码。BCID是在矩阵终接点的顺序地址，并用来判定在矩阵中是否
保持正常的端对端连接。线路终端设备判定交叉连接时每一STS-1P的BCID的
值，并将编码存储在矩阵的终接点。终接点处的信道识别监视器226接收字节并
行、字节对齐的STS-1P信号，并从STS-1P开销中提取BCID。随后，将提取的
值与存储的BCID比较。提取的BCID和存储的编码之间的不一致表示宽带矩阵
中的交叉连接有差错。注意，BCID的长度可以超过一个字节，并可以在后续
STS-1P帧中传送。
在宽带故障范围区的端点处连续产生并监视STS-1P开销中的EC-BIP和
BCID编码，用于进行故障检测和冗余面选择。在端点处还进行帧差错和非帧情
况的监视。宽带故障范围端点包括广带矩阵子系统16中的高速光单元和电单元
以及分支信号处理器。更具体地说，在一个实施例中，高速电单元32的网络组
件160-166产生并检验入局和出局业务方向的EC-BIP值。网络组件160-166还产
生并监视BCID，以判定是否建立了恰当的矩阵连接。在高速光单元30中，光端
机120和138产生并提取区段和线路开销，包括EC-BIP和BCID字段。在所连
接的处理机140和142处产生并终接某些其他的区段和线路开销字段。
一旦检测到路径故障，就确定引起故障的设备。启动路径故障隔离处理过程，
以检测故障的地点。在正常操作下，将SME位设定成只能在端点处连续监视并
报告故障隔离差错情况。然而，当报告差错时，启动矩阵接口单元和故障路径中
的监视器电路，以确定故障设备。为了在断续故障情况下隔离某一故障，沿故障
数据路径的所有监视器必须监视同一数据段。如果每一监视点处的监视周期由中
央控制结构来同步，由于通过控制结构的指令等待时间，监视器电路不会同时启
动和停止监视。所以，采用SME位来使故障隔离过程同步，以确保数据路径中
的每一监视器检验相同的数据段。
参见图7，图中示出的是故障隔离过程230的流程图。当在故障范围端点检
测到一差错时，如方框232所示，报告该差错，并识别由该信号扫过的路径。在
方框234中，通过重新设置数据路径起始点处STS-1P开销中的相应位来断开
STS-1P启动(SME)。接收到STS-1P开销中被清除的SME位时，如方框236中所
示，测试数据路径中的下行监视器立即停止监视动作并被初始化。不在测试数据
路径中的监视器不受影响，并继续监视和报告故障。方框238和240中，用预定
测试周期初始化的定时器在STS-1P开销中设置SME时被启动。测试数据路径中
的定时器在收到SME位时被启动，并开始监视和报告所设置时间间隔中的差错。
在定时器满挡时，如方框242所示，SME再次复位。随后，如方框244所示，
询问测试数据路径中的监视器，以隔开特定设备或装置的故障发生源。接着可以
启动恢复过程，以去除或回避故障设备。如方框246所示，在设定SME位以后
恢复正常操作。在方框248中结束故障隔离过程。由SME位同步的故障隔离顺
序见图8中所示。
尽管本文中未作详细描述，但广带子系统16中的IOL结构和故障范围与隔
离是以大体相似的方式运行的。尤其是，通过广带子系统16载送的异步信号承
载在矩阵有效负载容量(MPC)有效负载上。MPC信号采用相应虚拟分支信号的
同步帧格式，但与STS-1P开销字段类似的开销字段修改了定义和用途。VT和
MPC信号变换成用于通过广带矩阵22传送的矩阵有效负载包络(MPE)信号。信
道开销(COH)字节携带用于每一MPE或MPC信道的奇偶字段，而VT奇偶(VTP)
字节携带用于整个VT或MPC的奇偶字段。VTP主要定义来为需要一个以上
MPE传送信道的有效负载提供端对端覆盖范围。COH限定在24帧超帧上，而
VTP限定在4帧超帧上。COH信号携带类似于上述BCID的广带信道识别码
(WCID)。COH还携带在MPE或MPC信道上产生的BIP-2字段，和类似于上述
SME的信道监视器启动(CME)信号。
尽管上面详细描述了本发明及其优点，但应当理解，在不偏离由后文所附权
利要求书中所限定的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行各种变
异、替换和修改。