本发明涉及通信网络的一种交换节点，特别涉及可用于以便于传送各种在带宽和建立通信联接及持续时间的要求方面变化很大的信息的交换节点。 众所周知，在通信网络中，信息形式不同，应提供的交换节点的形式也就不同。举例说，分组交换装置（switches）用以在分组交换通信网络中交换持续时间较短的数据组，电路交换装置则用以在电路交换通信网络中交换持续时间较长的信息，例如，话音通信或动画面通信。目前通信网络正在逐步成为光同步网络。（sychronous optical network）。在光同步网络中，信息经由各同步交换节点之间的光纤通信通路传送。ATM（异步时分复用）交换是分组交换或电文交换（message switch）最受欢迎的一种形式，便于在光同步网络中使用。
象分组交换和ATM交换之类的电文交换特别适用于安全处理大量较短的信息电文，例如，控制信息和金融交易，每条电文一般包含多达10字节（byte））。因此这类信息在光同步网络中最好采用ATM交换。但这类交换不太适宜处理带宽宽得多、持续时间长得多的电文，例如通常每次通话或每条电文含107字节的话音通信（电话通话）和每条电文可能含1010数量级的字节地动画面通信。相反，电路交换是非常适宜处理持续时间较长的话音通信和视频通信的，但由于建立通信联接所需的时间和恢复时间较长（其占据时间的数量级可能大于这类短电文的持续时间），因而不太适宜处理大量短电文。
尤其是随着LAN（局部区域网络）数目和LAN之间数据和软件通信的不断增加，以及其它诸如传真和图形传送之类通信服务的出现，越来越需要进行104至106字节数量级信息电文的自然通信（spontaneous commumication）。举例说，数据终端的操作员可能会发出从远处建立一个包含大约105字节的图形屏幕的通讯呼叫的指令，要即刻响应这个指令，需要采用了快速建立的带宽较宽的联接的图形屏幕信息通信。电路交换不能容易地满足这种快速建立联接的要求，而扩大ATM交换的容量来处理这类电文就会出现ATM交换单元损失的问题。特别是，这类信息在ATM交换节点中的特点是成串出现的，因而即使这些ATM交换节点显著加大其容量设计也可能使短电文在各节点中有损失，这种损失可能会使经由网络的通信实质上完全瓦解。
因此，本发明的目的是提供通信网络的一种经改进的交换节点，以便处理上述各种类型电文。
本发明提供的交换节点包括电路交换装置和控制装置，电路交换装置用于在交换节点的各输入端与各输出端之间建立电路交换连接通路，控制装置则用以控制电路交换装置，该交换节点的特征在于，它包括经交换节点传递电文用的电文交换装置，且控制装置系配置得使其去控制电路交换装置，以便根据经由电文交换装置传送的联接信令电文建立电路交换连接通路。
因此按照本发明，短电文通信以及其它持续时间较长、容量较高的通信的联接信令电文可用容量较低、响应快的电文交换进行处理，同时，持续时间较长、容量较大的通信则借助电路交换而处理，该电路交换是由通过电文交换传送的信令电文所控制的。
最好是使控制装置包括从电文交换装置接收联接信令电文的装置、根据所收到的联接信令电文经由电路交换装置建立联接的装置、和根据所收到的联接信令电文和联接经由电路交换装置的建立向电文交换装置提供联接信令电文的装置。
尤其是，为了在网络中快速传播联接信令电文并通过电路交换快速建立通信联接，控制装置最好还包括在交换节点的各输出端维持至少一个队列识别自由联接通路的装置、和联接建立装置，且各个提供联接信令电文的装置都根据所收到的用以经由电路交换装置建立联接的联接信令电文对来自所述队列的一个空闲连接通路的识别发生响应。
电文交换装置以包括ATM（异步传输方式或异步时分复用）交换装置为宜，ATM交换装置最好耦合到电路交换装置，供经由电路交换装置往电文交换装置和从电文交换装置传送联接信号电文。
从下面的说明并参照各附图可以进一步了解本发明的内容。附图中：
图1 是表示通信网络中通信业务特点的条形图;
图2 示意表示了具有多个交换节点的通信网络;
图3 示意表示了本发明一个实施例的交换节点;
图4 更详细地示出了图3那种交换节点的各部分;
图5 至7示出了交换节点另一些形式的各部分;
图8示出了交换节点的一种优选形式的各部分;
各附图中的类似部分采用同样的编号。
参看图1。这是各种通信业务量的条形图，示出了通信网络完成这些通信业务量所需要的平均繁忙小时容量。横坐标是按对数进行分度，表示各种通信业务以字节/秒计的总通信容量。
按一般通话长短从小到大的顺序（即在图1中是从左至右），图1的各柱条表示下列各种通信业务。在下表和图1中，这些种通信业务还分成三类，即短电文、文件传送和长篇通信：
应该指出的是，短电文和文件传送通常是自然式的业务，即最好是在建立联接上无需有较大的时延就可以加以传送。相反，长篇通信业务在建立联系上容许有时延，就象现行话音通信电路交换中所进行的那一种。
从图1中可以看出，短电文一般的通话长短少于103字节，文件传送一般的通话长短为104至106字节，长途通信一般的通话长短为107至1010字节。长途通信，包括电话音和视频通信在内，例如电视、信息传送，需用最大的网络容量，进行这种通信时，在现行通信网络中一般采用电路交换连接。相反，短电文一般是用现行的分组交换通信处理的，它对网络容量的要求较低。上面已经说过，文件传送需要较大的带宽或网络容量，而且也和短电文一样，由于其自然性质，要求建立联接的时间短。
历来人们都想最好能用只有一种交换节点的通信网络处理各种通信业务。在这方面，在SONET（光同步网络）光通信网络中运行的ATM（异步传送方式）交换业已证实为这类网络可能的一种形式。但图1所示的不同种类、通信业务完全不同的业务特点表明最好还是采用不同类型的交换节点。
更具体地说，图1中的短电文通信业务最适宜用ATM交换接点，而图1中的长篇通信业务则更适宜用STM（同步时分复用）交换接点。如果试图在ATM交换节点中处理长篇通信业务只会导致通过这些节点建立半永久虚联接（virtual connection）的过程更加复杂化，且长途通信联接的额外开销（overhead）和STM交换节点中建立通信联接的时间使这样做不适宜处理短电文通信业务。中间文件传送业务可由其中任一种交换节点加以处理，它们的优缺点是彼此相当的。
图3示出了本发明的另一种交换节点，这种交换节点可用于图2所示的通信网络中。
参看图2。图中示出了五个交换节点N1至N5（它们各个可以是下面即将谈到的形式），由光通信光纤10互连起来。为简明起见，图2中只示出了少量的光纤10，为满足通信业务的需要和反方向的通信的要求还可以设更多的光纤10。特别是，不同的各节点之间可以根据业务量的需要设置不同数量的光纤10，例如，可以看到，节点N2和N3之间有两根光纤10，以便完成比一根光纤所能完成的还要多的业务量。通常在各光纤10中用时分复用方式通信。
在图2的通信网络中，任意类型的通信都可在任意各节点之间进行。举例说，图2中用进入节点N1的箭头12和用从节点5出来的箭头14表示的通信，可以选取以箭头16表示的、经由节点N3处于N1与N5之间的网络的路由。举例说，这项通信假设包括一个信令标头和跟在其后的任意持续时间的数据电文。如下面将更详细论述的那样，信令标头包括通信目的地的网络地址（交换节点N1、N3等就是根据该地址确定在该网络上通信的路由），还可包括其它信息，例如等了和防止差错的检验和（checksum）。从斯坦福R.阿苏兹（stanford R.Amstutz）在1983年11月的IEEE（美国电气与电子工程师协会）通信杂志第36至42页上发表的题为“短脉冲群交换简介”（Burst Switehing-An Introduetion）一文中可以了解到这种一般类型的通信。
现在参看图3，图中示出了本发明一个实施例中交换节点的一种形式。该交换节点包括STM交换装置20和ATM交换装置22，两者如下面即将谈到的那样，是彼此有联系的。STM交换装置20可包括普通的交叉点阵列或时间交换装置，用以在交换装置控制部分28的控制下在输入端24和输出端26之间形成电路交换连接。ATM交换装置22用以在其输入端与输出端30之间形成电文交换连接（虚拟线路）或数据图（datagrams），还可以包括周知形式的交换装置。从例如下列几篇文章中可以了解ATM交换形式的一些实例：
“异步时分技术：结合视频通信的一种实验分组网络”（Asynchronous time division techniques：an experimental packet network），A.托马斯，M.色服（A.Thomas，M.Servel）和J.P.考德鲁斯（J.P.Coudreuse）撰写，ISS，1984年5月;
“采用异步时分技术的综合宽带网络”（Integrated Wideband networks using asynchronous time divisiontechnique）S，H拉伯利斯（H.Le Bris）和M.色服（M.Servel）撰写，IEEE通信国际会议，1986年;
“序言：异步时分交换网络”（Prelude：An asynchronous timedivision Switched network），J.P.考德鲁斯（J.P.Coudreuse）和M.色服（M.Sercel）撰写，IEEE通信国际会议，1987年。
STM交换装置20的输入24以周知的方式耦合至来自其它交换节点的光纤10（图2），STM交换装置20的输出26按周知的方式耦合至输出到其它交换节点的光纤10（图2）。STM交换装置20与ATM交换装置22之间设有链路32、34、36和38，供在其间传递信息之用，这下面将说明。
假设例如图3表示图2的交换节点N3，则如图3所示，STM交换装置20的输入40可耦合到节点N1，STM交换装置20的输出42和44可分别耦合到节点N5和N1。图2中用箭头16表示的信息是按下面即将谈到的方式选择通过图3的交换节点N3的路由的，如通过STM交换装置20的长虚线所示。
上面已经讲过，线路40上来自节点N1的通信信息包括信令头标和随之而来的任意持续时间的电文（例如文件传送或长篇通信业务）。更具体地说，信令头标以按公共信道信令的方式在线路40上一个预分配的信令时分多路复用信道上提供为宜，其后的电文是在线路40上的另一个时分多路复用信道上提供。因此为方便起见，时分多路复用线路40上最好有一个为传送该线路上所有其它时分多路复用信道的信令信息而预分配的一个时分多路复用信道。STM交换装置20是（由例如以周知的方式由图中未示出的管理系统）为将该信令信道信息耦合到链路34上，再由链路34耦合到ATM交换装置22上（如图3中的短划虚线所示）而设的。同样，在时分多路复用信道上在其它输入端24的信令信息是经由通过STM交换装置20和经由链路34的预设的连接通路耦合到ATM交换装置22上的。
与上述相对应，由ATM交换装置22在链路32上产生的信令信息，是由通过STM交换装置20的预定连接通路耦合到连接至STM交换装置20的输出端26的线路上的信令时分多路复用信道的，如图3中例如由通过该交换装置20至节点N5和N1的输出端42和44的短划虚线所示。
借助于这些预定的连接通路，文件传送的信令信息、长篇通信业务联接、以及同样还有短电文通信业务，就都可以经由用以在各交换节点中的STM交换装置20之间进行耦合的同一条光纤10传送到各交换节点中的ATM交换装置22去，并从该支换22传送过来。这还具有这样的好处，即各预定的连接通路在初步建立之后可由网络管理系统加以改变，以迎合具体要求或操作条件。但应该理解的是，这种配置方式并不是主要的，且信令信息和短电文通信可以替换地借助于与光纤10不同并分开的、而且不通过STM交换装置20取道的那些通路耦合在各相继的交换节点中的ATM交换装置22之间。
因此，虽然如图3中所示，链路32和34在交换装置20和22之间延伸，但应该理解的是，它们也可以不通过STM交换装置20而直接从ATM交换装置22延伸到其它交换节点中的ATM交换装置。
信令标头和耦合到ATM交换装置22并由ATM交换装置22加以交换的短电文通信是取所谓ATM单元的形式，各ATM单元都取包括一个5字节ATM标头和一个48字节ATM有效负载或电文的标准形式。5字节ATM标头含有该电文所要耦合的ATM交换装置22一个输出端的标志或地址;于是交换装置22监控该地址并传送该电文。在图3的ATM交换装置22中，链路38被分配有相应的ATM交换输出地址，因而含有经由有关的STM交换装置20建立联接的信令信息的ATM单元都由ATM交换装置22转接到STM交换装置20上。这种ATM单元以下就称之为连接通路请求，且如图3中以标号REQ表示的那样被供到STM交换装置20的控制部分28上。
交换装置20的控制部分28还在链路36上产生ATM单元，这些ATM单元以同样的方式通过ATM交换装置22转接到链路32上，形成由信令信息ATM单元构成、传送到下一个节点N5的肯定确认（ACK），或形成由ATM单元构成、送回到上一个节点N1的否定确认（NACK），这下面将进一步谈到。
图3的ATM交换装置22中的虚线示出了通过该交换装置选取的、供从链路34至链路38的连接通路请求以及从链路36至链路32的肯定和否定确认用的路由。此外，图3还用虚线46示出了短电文通信通过ATM交换装置22的耦合情况;由于这是按周知的方式在上述ATM单元中处理的，因而这里不再进一步说明。但应该理解的是，这个短电文通信，连同这里所述的信令信息ATM单元构成易于由ATM交换装置22加以处理的容量较小的负荷。
在信令信息ATM单元的情况下，各单元的ATM有效负荷中含有通过STM交换装置建立和传播一个联接所需要或最好具有的信息或对于不能建立的联接的否定确认请求。举例说，在信令信息ATM单元是（例如从节点N1）输入到（例如节点N3中的）ATM交换装置20或作为肯定确认传送到其后节点（例如下一个节点N5）时，单元的ATM有效负荷可以包括诸如呼叫识别符、呼叫号、节点、端口和产生ATM单元的信道的标志、目的地网络地址、任选的带宽要求和服务种类名称以及检验和。在确认是否定确认的情况下，ATM有效负荷可以包括呼叫识别符、呼叫号、产生否定确认的节点的标志、源端口和信道号以及检验和。各种类型的这些信息仅仅是举例而已，并不是对本发明的限制。
因此，STM交换装置20是用来在经由ATM交换装置22提供的信令信息的控制下建立通过用于高容量通信业务（例如图1中的文件传送和长篇通信类）交换节点的电路交换通路。这个电路交换连接的控制或信令信息以及图1中通信的短电文类是通过使用ATM交换22装置的交换节点取道的。这里所论述的业务种类的特定划分法只是举例而已，可以按具体情况加以改变。举例说，若ATM交换装置的容量适当的话，文件传送类的某些或全部业务可以只用ATM交换22装置加以交换。
考虑到上述链路32和34可供选择的形式，在下面参照图4的说明中可以看到ATM交换22装置是经由链路36和38仅仅连接到STM交换装置20的控制部分28上，供控制电路交换连接之用。
参看图4，图中更详细地示出了STM交换装置20的一种形式及其控制部分28。STM交换20装置有一个交叉点阵列50，交叉点阵列50在接线存储器52的控制下闭合，以周知的方式形成从网络前面的几个节点进来的线路54与出来接到网络后面的或下几个节点的线路56之间的连接。为方便起见，图4示出了与交叉点阵列50各相应列有关、因而供各线路56用的一个连接存储器52。各存储器52是循环存储器，其中存储有关于时分多路复用帧的各时隙里哪些交叉点是闭合的信息。
为了形成经由STM交换装置20的连接，控制部分28还包括一路由选择表58、一连接通路请求寄存器60和连接响应寄存器62。路由选择表58含有识别哪些线路56耦合到网络的哪些其它节点的存储信息。通过STM交换装置20连接的请求是如上面谈过的那样经由ATM交换装置22和链路供到请求寄存器60上的，相应的连接存储器52就根据该请求和路由选择表的信息加以控制，以形成通过其所控制的交叉点所要求的连接。这个连接是为特定的输出线路56并在时分多路复用帧的特定时分信道中形成的;这些帧的标志是由各连接存储器52提供给响应寄存器62的。如下面即将更详细谈到的那样，响应寄存器62从连接存储器58获取的这个信息和由请求寄存器60经由线路61所供给的原单元信息组合一个新的ATM单元。新的ATM单元从响应寄存器62提供到链路36，并根据其ATM标头而作为一个被传送的信令标头转接到下一个节点，或作为一个否定确认转接到上一个节点上。
更具体地说，如上所述，在请求寄存器60中接收到的输入ATM单元包含有待交换的有关电文的输入端口（线路54）和信道的信息，以及目的地网络地址。目的地网络地址用以根据路由选择表确定应采用哪一个输出线路56来形成连接，从而识别相应的连接存储器52，以便以周知方式形成至被识别的输入端口和信道的连接。假设有一个时分信道空闲着，因而可以建立通信联接，则将此时分信道和输出线路56的识别符（因而，网络中供此联接用的下一个节点的识别符）传送到响应寄存器62中。于是寄存器62就能根据此信息和经由线路61提供的输入ATM单元产生具有ATM标头经更新的ATM单元，供传送到该下一个节点和在其中建立联接之用。这样，通信联接就逐步通过适当的交换节点建立起来，直达到目的地为止。
当在任何节点中没有空闲的信道，从而在该节点中不能建立通信联接时，则将此情况由相应的连接存储器52通知响应寄存器62，于是寄存器62产生否定确认ATM单元，经由ATM交换装置22传送到上一个或源节点上，表明未能建立通信联接。
尽管至此所述的交换节点和网络是可以工作的，但它实际上却有某些缺点。特别是，寄存器60和62只能满足一个联系请求和在某个时间响应，而且这在有关的连接存储器52确定是否有空置的信道可用的同时，除处理信息所需要的时间外还涉及到长达一个时分多路复用帧的延迟时间。这种延迟可能会限制联接请求的次数，本来，在一般网络中联接请求可最多达每时分多路复用帧一次，或每秒8，000次，而这在实用中是不够的。此外，这种延迟可能需要在请求寄存器60的输入端以某种形式给各请求排队。通过下述经改进的配置方式基本上可以避免这些缺点。
图5示出了STM交换装置20控制部分28中一个部分的另一种经改进的形式。从图5中可以看到，每相应线路56当前的空闲时隙信道队列70，系在例如寄存器或RAM（随机存取存储器）中存储着，为简明起见，对于各连接存储器52而言，只在图5中示出其中一个。
根据促使路由选择表58去识别特定线路56和相应的连接存储器72以便经由交叉点阵列50建立联接的连接通路请求（如线路72所示），从队列顶部去取空闲信道的标志，并立即（经由线路74）供到响应寄存器62，并经由线路76供到连接存储器52上。如图4所示，从队列70而不是从连接存储器52供给寄存器62的立即响应使寄存器62能马上产生更新的ATM单元，从而可以将呼叫信令信息迅速通过通信网络传播，而无需在连接存储器52中产生上述延迟。同样，若没有空闲的信道，则队列70是空的，于是就马上把这个事实通知给响应寄存器62，使其立即提供否定的确认。
如图5中线路78所示的那样，当某一信道在通信联接终了时空闲着时，连接存储器52将其标志供到队列70的底部。检测一个信道是否空闲着可以很方便地以周知的方式通过给各繁忙信道树以标志和监视树标志的信道有无数据出现来实现，当数据不复存在时，将标志和连接存储器复位并更新队列70。
除了更快地响应寄存器62从而避免上述缺点之外，这种配置方式具有这样的优点：可以立即从队列中除去为建立联接而分配的信道，从而可以无需取决时分多路复用帧而处理许多联接请求。此外，从队列顶部除去空闲信道和将空闲信道送回到底部，确保各信道始终循环使用。
因此，应该理解的是，这种配置方式大大方便了参照图1所述的文件传送业务的处理。借助于上述快速建立联接通路的方法，这类通信业务的联接能自然地建立起来而不致引起建立普通电路交换连接所产生的延迟。此外，这种联接是作为经由STM交换装置20的电路交换联接建立起来的，从而避免将这种业务加到ATM交换装置上的缺点。
图6示出了对这种情况（例如图2中的节点N2与N3之间）的另一种修改方案，其中有多条线路56可以通到下一个单节点，这些线路的任何一条都可供联接之用。如图5中那样，保持了队列70，但在图6中，队列对每一个空闲信道不仅识别信道的标志，而且还识别有关连接存储器52或线路56的标志。由于单个队列70由多条线路或设施56共享使通信业务可以自动选择和共享或分配给这些设施。
图7示出了另一种修改方案，其中同一个输出线路56上不同种类的业务排有不同的队列。为简单起见，图7只示出了队列70和一个线路56的控制部分28的有关部分，STM交换装置20的其它部分则与图5和6中的一样。
在图7经修改的交换装置中，线路56上不同的时隙信道可分配给不同类型的业务或服务，例如，利用电路连接、网络管理和中央局干线。相应的队列70（其中三个示于图7中）是留给各个不同的业务类型使用的，各信道在路由选择表58的控制下从各队列的顶部分配给相应的业务类型，且在空闲时送回到相应队列的底部，每个都是按上述同样的方式进行。为便于分配信道和给信道排排队，连接存储器和/或队列可以按各信道而存储识别信道所分配到的业务类型的附加代码。这种配置方式还便于对不同类型的业务提供不同的优先权：优选权较高的联接请求可由一个以上的队列来予以满足。
图7的配置方式还便于给个别信道和/或线路提供“过度繁忙”（busy out）情况。举例说，若后面的节点不起作用，则线路56上所有通到该节点的信道可标以“过度繁忙”，从而使它们始终不会空闲。为达到此目的，举例说，图7中三种业务类型或队列70每个都可标识以用来访问队列70的相应的二位代码。这种二位代码第四个可能的代码组合可表示过度繁忙状态，任一个不准备使用的任何信道即被分配以这种代码组合，从而不致被加到任何队列70中。
图8是一个最佳实施例，其中提供有STM交换装置20的控制部分，这种实施例能实施例图4至7配置方式的任意组合。为此，STM交换装置20的控制部分28除包括循环连接存储器52外，还包括RAM80和微控制器82，后者与连接存储器52、RAM80以及ATM交换装置22相通信。在这种最佳配置方式中，RAM80用以存储构成路由选择表58、队列70和信道服务分配信息的信息，微控制器82则按一套经编程的算法工作，以履行寄存器60和62的功能，并用以在RAM80与连接存储器52之间传递信息。此外，在这种配置方式中，RAM80中的信息，并且可能的话微控制器82工作所依据的算法，都可通过从网络管理系统经由网络本身加以更新。
尽管这里已详细说明了本发明的某些具体实施例，但在不脱离本发明在权利要求书中所规定的发明范围的前提下，是可以进行种种修改、更改和修正的。