CN1134138C - 具有多重排队的虚拟路径的业务整形器 - Google Patents

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Abstract

一种将信元送入异步传送模式虚拟路径交换网的业务整形器，每个虚拟路径具有两个队列：提供常规等级服务的第一队列，和提供可变等级服务的第二队列。先于第二队列从第一队列取出信元，来自两个队列的组合业务保持在峰值信元速率内，以及来自第二队列的业务保持在允许信元速率内。以确定间隔将前向资源管理信元插入从第二队列取出的信元流，并根据接收的后向资源管理信元调整允许信元速率作为答复。也可以提供第三队列用于优先信元业务，限制优先信元速率低于峰值信元速率。

Description

具有多重排队的虚拟路径的业务整形器
本发明涉及在异步传送模式通信网络中的业务整形器，特别是控制信元流向一个虚拟路径交换网络的业务整形器。
异步传送模式(下面称为ATM)对于多媒体通信是有利的，并且目前应用于许多局域网中。一个ATM网络在多个虚拟路径中传送称为信元的固定长度的信息包，每一路径包括一个或多个虚拟信道。通过一个异步时分多路复用方案，其中虚拟路径没有固定的时隙分配，一个虚拟路径交换网在虚拟路径基础上交换该信元业务。
已由国际电联组织的电信标准化部分推荐在宽带综合业务数字网(B-ISDNS)中应用ATM的标准，以及在这样的网中的业务控制及阻塞控制的标准，例如在ITU-T推荐I.371中。ATM论坛的技术委员会也已起草了业务管理技术规范。这些标准和技术规范给出了在ATM网中的虚拟路径及信道上调节信元流速率的方法。
业务整形器的功能是控制进入网络的信元流，以使在每个虚拟路径上的业务都保持在该路径允许的速度内。一个常规的业务整形器使每一个被控制的虚拟路径中的信号保持先进-先出队列。到达的信元排列到由信元标题中的地址信息指定的队列。以不超过特定的峰值信元速率的速率从每一队列取出信元。
峰值信元速率是确定在虚拟路径上提供的服务类别的多个参数之一。其他参数涉及诸如信元丢失率，信元传送延迟及该延迟的偏差这样的质量因素。为了满足不同类型信元业务的要求。一个网络要提供多种等级的服务。对于常规的业务整形器，由于设置在同一队列中的所有信元基本上接收同一等级的服务，就需要大量独立的虚拟路径，加重网络的虚拟路径交换资源的负担。
因此本发明的一个目的是在不增加虚拟路径数量的情况下，在一个ATM虚拟路径交换网中增加服务等级的数量。
根据本发明的第一方面，一个业务整形器在每个虚拟路径具有两个队列。对于每个信元，一个标题转换器读取送入网络的信元标题并且确定出网虚拟路径，出网虚拟信道及内部等级。存在两个内部等级；第一等级或常规等级和第二等级或可变等级。一个信元分配器将第一等级信元设置在指定的出网虚拟路径的第一队列中，将第二等级信元设置在指定的出网虚拟路径的第二阶列中。
对于每一虚拟路径，业务整形器也有一个插入器，用来将前向资源管理信元插入虚拟路径上的信元流。
对于每一虚拟路径，业务控制表存储规定峰值信元速率，一个允许信元速率及一个资源管理信元速率的参数。在输出调度器的控制下工作的读控制器从第一，二队列提取信元，并从插入器中提取前向资源管理信元。在每一虚拟路径中，第一阶列中的信元先于前向资源管理信元被提取，并取从下面的速率控制，而前向资料管理信元又先于第二队列中的信元被提取。在每一虚拟路径上的前向资源管理信元流保持在允许的信元速率的确定份额之内，该份额由资源管理信元速率规定。前向资源管理信元与来自第二队列的信元的组合流被保持在允许信元速率之内。在虚拟路径的总信元流保持在峰值信元速率内。
一个提取器接收答复前向资源管理单元返回的后向资源管理单元，并将后向资源管理单元的阻塞指示通知输出调度器。当未指示阻塞时，输出调度器提高允许的信元速率，当指示阻塞时，减小允许的信元速率，当期望的后向资源管理信元未到达时，也减小允许的信元速率。
根据本发明的第二方面，业务整形器还有每一个虚拟路径的第三队列，并有三个内部等级。第三等级是一个优先等级，业务控制表存储优先信元速率。优先信元速率小于峰值信元速率。信元分配器将优先等级信元设置到指定虚拟路径的第三认列。读控制器从第三队列提取信元先于从第一队列中提取信元，并使从第三队列中来的信元流速率保持在优先信元速率内。在其他方面，本发明的第二方向与第一方面类似。
根据本发明的第三方面，提供一种用于整形进入异步传送模式虚拟路径交换网的信元业务的业务整形器，包括：一个标题转换器，用于接收具有标题信息的信元，并将所述标题信息转换为规定出网虚拟路径，出网虚拟信道，和内部等级的信息，所述内部等级为第一等级和第二等级中的一个等级；多个第一队列，用于保持等待在相应虚拟路径上发送的信息；相应的多个第二队列，用于保持等待在相应虚拟路径上发送的信元；相应的耦合到相应第二阶列的多个插入器，用于产生在相应虚拟路径上发送的前向资源管理信元；一个耦合到所述标题转换器，所述第一队列，和所述第二认列的信元分配器，用于根据所述出网虚拟路和所述内部等级将由所述标题转换器接收的信元放入所述第一队列和所述第二阶列，规定所述第一等级的信元放入所述第一队列而规定所述第二等级的信元放入所述第二队列；一个耦合到所述第一队列，所述第二队列，和所述插入器的读控制器，用于从所述第一队列和所述第二队列取出信元，从所述插入器取出所述前向资源管理信元，并且将所述取出的信元发送到出网信元流；一个业务控制表，用于存储指定各个虚拟路径的峰值信元速率的参数，指定各个虚拟路径的允许信元速率的参数，和指定各个虚拟路径的资源管理信元速率的参数，所述允许信元速率不超过相应的峰值信元速率并且所述资源管理信元速率为相应的允许信元速率的份额；一个提取器，用于从所述网络接收信元业务并提取后向资源管理信元；一个耦合到所述读控制器，所述业务控制表，和所述提取器的输出调度器，用于监控所述第一队列和所述第二阶列，控制所述读控制器，并且响应所述后向资源管理信元调整所述允许信元速率；其中所述输出调度器命令所述读控制器依次取出不同虚拟路径的所述信元，遵循每个虚拟路径内的优先规则，优先于所述前向资源管理信元给出所述第一队列内的信元，优先于所述第二阶列内的信元给出所述前向资源管理信元给出所述第一队列内的信元，优先于所述第二队列内的信元给出所述前向资源管理信元，不允许所述前向资源管理信元的业务超过相应的资源管理信元速率，不允许所述前向资源管理信元速率和从所述第二队列取出的信元的组合业务速率超过相应的允许信元速度，以及不允许各个虚拟路径上的总信元业务速率超相应的峰值信元速度。
根据本发明的第四方面，提供一种用于整形进入异步传送模式虚拟路径交换网的信元业务的业务整形器，包括：一个标题转换器，用于接收具有标题信息的信元，并将所述标题信息转换为规定出网虚拟路径，出网虚拟信道，和内部等级的信息，所述内部等级为第一等级和第二等级中的一个等级；多个第一队列，用于保持等待在相应虚拟路径上发送的信元；相应的多个第二阶列，用于保持等待在相应虚拟路径上发送的信元；相应的多个第三队列，用于保持等待在相应虚拟路径上发送的信元；耦合到相应第二队列的相应多个插入器，用于产生在相应虚拟路径上发送的前向资源管理信元；一个耦合到所述标题转换器，所述第一队列，所述第二队列，和所述第三阶列的信元分配器，用于根据所述出网虚拟路径和所述内部等级将所述信元放入所述第一队列，所述第二队列，和所述第三队列，规定所述第一等级的信元放入所述第一队列，规定所述第二等级的信元放入所述第二队列，以及规定所述第三等级的信元放入所述第三队列；一个耦合到所述第一队列，所述第二阶列，所述第三队列，和所述插入器的读控制器，用于从所述第一队列，所述第二队列，和所述第三队列取出信元，从所述插入器取出前向资源管理信元，并将所取出的信元发送到出网信元流；一个业务控制表，用于存储指定各个虚拟路径的峰值信元速率的参数，指定各个虚拟路径的允许信元速率的参数，指定各个虚拟路径的优先信元速率的参数，和指定各个虚拟路径的资源管理信元速率的参数，所述优先信元速率小于相应的峰值信元速率，所述允许信元速率不超过相应的峰值信元速率，以及所述资源管理信元速率为相应的允许信远速率的份额；一个提取器，用于从所述网络接收信元并提取后向资源管理信元；一个耦合到所述读控制器，所述业务控制表，和所述提取器的输出调度器，用于监控所述第一认列，所述第二队列，和所述第三队列，控制所述读控制器，并响应所述后向资源管理信元调整所述允许信元速率；其中所述输出调度器命令所述读控制器依次取出不同虚拟路径的所述信元，遵循每个虚拟路径的优先规则，优先于所述第一队列内的信元给出所述第三队列内的信元，优先于所述前向资源管理信元给出所述第一队列内的信元，优先于所述第二队列内的信元给出所述前向资源管理信元，不允许从所述第三队列取出信元的速率超过相应的优先信元速率，不允许资源管理信元速率和从所述第二队列取出信元的组合业务速率超过相应的允许信元速率；以及不允许各个虚拟路径上的总信元速率超过相应的峰值信元速率。
附图中：
图1是一个ATM网络的部分示意图，表示业务整形器的位置；
图2是表示本发明的第一实施例的方框图；
图3表示第一实施例中的输出调度器的内部结构；
图4表示第一实施例中信元的排队及输出；
图5表示第一实施例的操作定时图；
图6表示第一实施例的虚拟路径上的带宽分配；
图7表示第一实施例中的资源管理信元流；
图8是表示调节第一实施例的虚拟路径上允许的信元速率的示意图；
图9是本发明第二实施例的方框图；
图10表示第二实施例中的输出调度器的内部结构；和
图11表示第二实施例中虚拟路径上的带宽分配。
下面将参照附图对本发明的实施例进行描述。
图1表示在一个ATM虚拟路径交换网中的业务整形器的位置。网络在称为终端设备或TE的各种终端2之间传送数据。该图所示的数据流从左到右。在图的左侧，源终端2耦合到虚拟信道交换机(VC-SW)4。虚拟路径业务整形器6控制从虚拟信道交换机4到一个或多个虚拟路径8的信元业务流。为简单起见，图中只表示一个虚拟路径。虚拟路径是单向的；图1中虚拟路径上的数据流是从左向右的。
虚拟路径8进入虚拟路径交换网络10，该网络具有一控制装置12，也称为虚拟路径使用参数控制或虚拟路径网络参数控制(VP-UPC/NPC)装置，用于加强服从业务限制。网络10还有用于将虚拟路径由一个网络节点交换到另一个节点的虚拟路径交换装置(VP-SW)14。除交换之外，虚拟路径交换装置14还执行诸如连接进入控制，资源管理，和优先权控制这样的功能。每一虚拟路径在另一个虚拟信道交换机4离开网络终端，虚拟信道交换机4将不同虚拟信道的信元路由选择到适当的目的终端2。
虽然虚拟路径限定为单方向的，每个虚拟路径都与其上沿相反方向进行信元业务流的另一虚拟路径配合。这两条路径共享同一虚拟路径标识符(VPI)。
在下面的实施例中，在ATM网络发送的用户数据信元标题具有一明确的前向阻塞指示比特(EFCI)，设置前向阻塞指示比特来通知下游网络节点的阻塞。该网络也发送能被分为前向资源管理(FRM)和后向资源管理(BRM)信元的资源管理(RM)信元。RM信元在信元本体内具有一阻塞指示比特(CI)。
图2表示根据本发明第一实施例的业务整形器6。业务整形器6包括标题转换器16，信元分配器18，和多个队列对20，对应于由业务整形器服务的虚拟路径(VPs)。在图中，虚拟路径被标以数字0到n，这里n是一个任意正整数。每个队列对20包括常规等级队列22和可变等级队列24。
耦合到每个可变等级队列24的输出端的是FRM插入器(FRM INS)26。读控制器28将来自队列22和24及FRM插入器26的信元送入虚拟路径交换网络10。参考业务控制表32，及参考BRM提取器(BRM EXT)34接收的BRM信元，由输出调度器30控制读控制器28。
例如，常规等级队列22和可变等级队列24是先进先出存储器设备。另外，通过一般用途的存储器设备中的指针保持这些队列。
例如，从设置在信元业务离开虚拟路径交换网10的虚拟信道交换机(未示出)内的资源管理信元(RM-信元)终端连接器36接收BRM信元。在图中作为一实例表示一个RM信元终端连接器36。RM信元终端连接器36包括从输入信元流提取FRM信元的FRM提取器(FRM EXT)38，在每个输入信元读取EFCI比特的EFCI提取器(EFCI EXT)40，存储在每个虚拟路径接收的最新EFCI比特值的EFCI寄存器(EFCI REG)42，和BRM插入器(BRM INS)44。BRM插入器44通过将存储在EFCI寄存器42的EFCI比特值标记在由FRM提取器38提取FRM信元上产生BRM信元，并将这些BRM信元插入送回到虚拟路径交换网10的信元流中。
对于每一虚拟路径(VP)，业务控制表32具有一组参数，包括峰值信元速率(PCR)，资源管理信元速率(Nrm)，初始信元速率(ICR)，附加增加速率(AIR)，速率减小因数(RDF)，和其他与本发明无关的参数。后缀0，1，...，n为虚拟路径号。由网络软件设定图2中粗线表示的这些参数，与通常的ATM网络相同。
对于每个虚拟路径，业务控制表32也具有所允许的信元速率(ACR)参数和一对超时标记(FR和FV)；由输出调度器30设置和保持ACR参数和超时标记。对于每个虚拟路径，根据峰值信元速率设置和清除超时标记(FR)，根据允许的信元速率设置和清除另一超时标记(FV)。
图3表示输出调度器30的内部结构。时钟发生器46向PCR控制器48，ACR控制器50，和虚拟路径计数器52提供时钟信号。虚拟路径计数器52依次选择虚拟路径。PCR控制器48从业务控制表32读取峰值信元速率并设置相应的FR超时标记。ACR控制器50从业务控制表32读取允许的信元速率并设置相应的FV超时标记，以及根据从BRM提取器34接收的阻塞指示调整允许的信元速率。由FRM速率控制器54依次读取FV超时标记，控制器54根据相应的FV标记和资源管理信元速率参数(Nrm)为每一虚拟路径输出插入命令RC。
队列标记寄存器56为每个虚拟路径存储附加的一对标记位，QR和QV：QR标记指示在常规等级队列22出现至少一个信号；QV标记指示在可交等级队列24出现至少一个信号。
第一逻辑电路58从FR和QR标记产生第一读取信号RR。该信号RR指示读控制器28从虚拟路径计数器52指示的虚拟路径的常规等级队列22取出一个信元。第二逻辑电路60从FR，FV，和QV标记，插入命令RC，和第一读取信号RR产生第二读取信号RV。该信号RV指示读控制器28从虚拟路径计数器52指示的虚拟路径的可变等级队列24取出一个信元。第三逻辑电路62从插入命令RC和第一读取信号RR产生第三读取信号RF。该信号RF指示耦合到由虚拟路径计数器52指示的可变等级队列24的FRM插入器26向读控制器28提供FRM信元，并且读控制器28将该FRM信元放入出网信元流。
该实施例的第一逻辑电路58执行逻辑“与”操作。第二和第三逻辑电路60和62执行“非”和“与”逻辑的组合。
下面将描述第一实施例的操作。
当在两个终端之间建立虚拟信道连接时，虚拟信道和虚拟路径交换机中的交换软件将虚拟信道标识符(VCI)和虚拟路径标识符(VPI)分配给网络中每个节点上的连接。在定位业务整形器6的虚拟信道交换节点上，出网VPI/VCI值存储在标题转换器16使用的表(图中未示出)。另外，向每个连接分配作为常规等级和可变等级的两个内部等级中的一个，并且相应的内部等级标识符(C)存储在标题转换器16使用的表。在下面的描述中，内部等级标识符(C)将采取零和一的值，一表示常规等级而零表示变化等级。
根据终端要求的服务质量(QOS)进行路径和等级分配。一般地说，诸如音频和视频业务这样的实时业务设置为虚拟路径的常规等级，而具有较低定时要求的数据业务设置为可变等级。
再次参考图2，当业务整形器6接收来自虚拟信道交换机的信元时，标题转换器16将标题信息重写入信元来指定虚拟路径，虚拟信道，和该信元所属连接的内部等级。信元分配器18读取由标题转换器16写入的虚拟路径标识符(VPI)和内部等级标识符(C)值，并将信元放入相应的队列。
再次参考图3，对于每个虚拟路径，PCR控制器48使用由时钟发生器46提供的时钟信号和存储在业务控制表32的PCR参数来保持在对应于PCR值的时间间隔过去之后超时的PCR定时器(未示出)。当该PCR定时器超时时，PCR控制器48设置相应的FR标记。对于每一虚拟路径，ACR控制器保持在对应于ACR值的时间间隔过去之后超时的ACR定时器(未示出)。当该ACR定时器超时时，ACR控制器50设置相应的FV标记。输出调度器30从队列对20进一步接收指示每个队列是否被占用的信息，并由此将QV和QR比特设置在队列标记寄存器56。
虚拟路径计数器52从零到n循环计数，由此依次指定虚拟路径当指定每个虚拟路径时，如果该虚拟路径的FR和QR比特都被设置，第一逻辑电路58触发RR信号，使读控制器28从该虚拟路径的常规等级队列22取出一个信元并将该信元放入出网信元流。如果FR，FV，和QV比特全部被设置，RC命令为待用，RR信号为待用，第二逻辑电路60触发RV信号，使读控制器28从该虚拟路径的可变等级队列24取出一个信元并将该信元设置到出网信元流。
图4说明这些操作，表示具有虚拟路径标识符的输入信元根据其内部等级标识符(C)是否等于一或零而等于设置在常规等级队列22或可变等级队列24中的确定值“a”，以及表示读控制器28从虚拟路径“a”的常规等级队列22取出一个信元。
图5更详细地描述了虚拟路径“a”上的这些操作。假定FRM信元插入命令(RC)为无效。
在图5左边的常规等级(C＝1)中的信元的输出使两个队列22和24为空。在图中的区域64，另一个常规等级信元到达并被放置在设定QR标记的常规等级队列22(C＝1)。放置在设定QV标记的可变等级队列24(C＝0)中的可变等级信元跟随该信元。当PCR定时器超时时，设置FR标记。第一逻辑电路58进行QR和FR比特的逻辑“与”运算并触发RR信号，使读控制器28从常规等级队列22取出信元并将该信元放到出网信元流。常规等级队列22现在再次空出，清除QR标记，重新启动PCR定时器，并清除FR标记。RR信号由此返回待用状态。
在区域66，ACR定时器超时，设置FV标记。当PCR定时器也在稍后超时时，第二逻辑电路60将有效的QV，FR，和FV标记比特与待用RR信号和RC命令组合并触发RV信号，使读控制器28从可变等级队列24取出信元并将该信元放入出网信元流。可变等级队列24现在再次空出，清除QV标记，重新启动ACR定时器，清除FV标记，以及RV信号再次成为待用。也清除FR标记，并重新启动PCR定时器。
在区域68，当两个队列22和24空出时，PCR定时器超时，因此FR标记将设置保持一段时间。到达的下一个信元属于常规等级(C＝1)并放置在常规等级队列22，设置QR比特。第一逻辑电路由此触发RR信号，并将该信元立即放置到出网信元流。
因此，由参数PCRa表示的虚拟路径“a”的带宽由常规和可变等级中的信元其享，常规等级业务被赋予优先权，在提供常规等级业务之后可变等级业务占用剩余的带宽。如图6所示，可用于可变等级业务的带宽量根据常规等级业务量变化。在两类组合的业务总量不能超过分配给虚拟路径“a”的峰值信元速率(PCRa)。
可变等级业务不仅包括从可变等级队列24取出的信元，而且包括由FRM插入器26插入的FRM信元。FRM速率控制器54通过计数相应的ACR定时器超时的次数对从每个可变等级队列24取出的信元计数。对于虚拟路径“a”，在从可变等级队列24取出Nrma-1个信元之后，下一次设置FR和FV标记，FRM速率控制器54触发信元插入命令RC。如果第一逻辑电路58未触发RR信号，由于在常规等级队列22不存在信元，第三逻辑电路62就触发RF信号，FRM插入器26在阻塞指示比特(CI)被清到零以指示未阻塞状态的情况下产生FRM信元，读控制器28将该FRM信元插入出网信元流取代可变等级信元。插入FRM信元，与可变等级队列24包含可变等级信元或空出无关。
FRM信元和可变等级信元的组合流由此保持在允许信元速率(ACR)之内，并且如资源管理信元速率参数(Nrm)指定的那样，FRM信元流保持在允许信元速率的份额之内，该份额为1/Nrm。在该份额率(ACR/Nrm)之内，读控制器28先于可变等级信元取出FRM信元。
读控制器28先于FRM信元和可变等级信元取出常规等级信元。在每个虚拟路径上的常规等级信元，FRM信元，和可变等级信元的总组合流保持在分配给该虚拟路径的峰值信元速率(PCR)之内。
在接收FRM信元时，图2中的RM信元终端连接器36返回一BRM信元，该信元标有从EFCI寄存器42取出的、与FRM信元到达的虚拟路径有关的EFCI比特的最新值。如图2所示，当一信元进入虚拟路径交换网10时，通过虚拟路径交换网10的一个节点，将EFCI比特设置到零(指示无阻塞状态)，但是也可以设置到1(阻塞警告)。
输出调度器30检查由BRM提取器34提取的这些返回BRM信元。BRM信元的虚拟路径指示(VPI)也识别由返回BRM信元的FRM信元占用的虚拟路径作为应答。如果在返回相应的BRM信元的确定时间内接着发送FRM信元，如果BRM信元内的CI比特被清零，表明在FRM信元占用的虚拟路径不存在阻塞或即将发生阻塞，接着输出调度器30将增加ACR参数的值，使其增加值等于资源管理信元速率(Nrm)与附加的增加速率(AIR)相乘的值。对于虚拟路径“a”，ACRa增加(Nrma×AIRa)。如果该结果超过峰值信元速率PCRa，则设定ACRa等于PCRa。
如果设置返回BRM信元中的CI比特以指示阻塞，或如果在期望的时间内未接收返回BRM信元(暗示阻塞)，输出调度器30将ACRa减小一定量，减小量等于资源管理信元速率Nrma乘以所允许信元速率ACRa并除以速率减小因数RDF(Nrma×AIRa/RDFa)的值。
一般将资源管理信元分配到特定的虚拟信道，例如，第六虚拟信道(VCI＝6)，以简化从信元流提取这些信元。图7表示在这种布置下的可变速率信元，FRM信元，和BRM信元流，使用轻阴影表示变化速率信元，重阴影表示FRM和BRM信元。所示Nrma参数表示等于5，因此，每隔五个变化速率信元由一个FRM信元替代。
图8说明一般虚拟路径在允许信元速率内的变化，水平轴表示时间而垂直轴表示ACR值。首先设置ACR参数为初始信元速率(ICR)。在初始设置之后，接收带有CI比特清零的BRM信元，使ACR值以Nrm×AIR的步长增加，直到达到峰值信元速率FCR为止。接着发生阻塞或将要阻塞周期，其间在返回BRM信元内将CI比特设置为一并以Nrm×ACR/RDF的步长减小ACR值。在阻塞结束之后，以Nrm×AIR的步长增加ACR直到再次达到PCR值。在未接收到期望的BRM信元或在期望时间内未接收到BRM信元的时间间隔内要发生下一次阻塞，并且以Nrm×ACR/RDF的步长减小ACR。接着进入再次接收CI比特清为零的BRM信元的时间间隔，并且再次增加ACR值。
第一实施例的一个优点是每个虚拟路径提供两个等级的服务，在不需要同样大量虚拟路径的情况下，允许提供大量不同的服务等级。因此减小交换虚拟路径所必须的网络资源。
另一优点是通过如上所述的在每个虚拟路径上调整所允许信元速率，业务整形器6能根据网络的阻塞情况调整出网信元流，而不必改变峰值信元速率并由此影响常规等级业务。
第一实施例的这些优点，是在与现存虚拟路径交换系统的兼容性没有任何损失的情况下得到的。前向和后向资源管理信元及调整可变信元速率的EFCI和CI比特为ATM网络的标准特点。
下面，将描述第二实施例。第二实施例与第一实施例的区别在于每个虚拟路径有三个队列。第三队列为优先队列。现在标题转换器16将信元分配到三个内部等级：可变速率等级(C＝0)，常规等级(C＝1)，和优先等级(C＝2)。
参考图9，参考存储在业务控制表32的优先信元速率参数(EPCR)和相应的标记(FE)控制优先队列70。每个虚拟路径具有独立的EPCR值和FE标记。与PCR值一样，EPCR值小于峰值信元速率PCR并且能够通过软件设置。
图9中的其他元件与图2中具有相同参考标号的相应元件类似。在分配给每个虚拟路径的信元中，信元分配器18将常规等级信元放入常规等级队列22，可变信元放入可变等级队列24，以及优先等级信元放入优先等级队列70。
图10表示第二实施例中的输出调度器30的内部结构，相应元件使用与图3中的相同的参考标号。队列标记寄存器56现在每个虚拟路径存储三个标记比特，表示常规等级队列22和可变等级队列出现信元的QR和QV标记，和表示优先队列70出现信元的QE标记。图10的EPCR控制器72以与PCR控制器48根据PCR参数管理FR标记相同的方式根据EPCR参数管理FE超时标记。
第二实施例具有四个输出相应读信号RR，RV，RF，和RE的逻辑电路74，76，78，和80。当设置FR，FE，和QE标记时，第四逻辑电路80触发RE信号，使读控制器28从优先队列70取出信元。当设置FR和QR比特并且RE信号待用时，第一逻辑电路74触发RR信号，使读控制器28从常规等级队列22取出信元。当RC命令信号有效并且RE及RR信号待用时，第四逻辑电路78触发RF信号，使FRM插入器26插入FRM信元。当设置FR，FV，和QV标记并且RE，RR和RC信号待用时，第二逻辑电路76触发RV信号，使读控制器28从可变等级队列24取出一信元。
除去将每个虚拟路径的带宽部分优先给予优先等级信元之外，第二实施例的操作与第一实施例的操作类似。在每个虚拟路径，先于常规等级信元取出优先等级信元，而常规等级信元先于FRM信元被取出，FRM信元先于可变等级信元被取出。优先等级信元流保持在优先信元速率之内，并且虚拟路径内的全部类型信元的组合流保持在峰值信元速率之内。
图11说明第二实施例的操作。每个虚拟路径的总带宽(PCR)的确定量(EPCR)分配给优先等级(C＝2)中的信元。送出优先信元的速率不能超过EPCR参数设定的界限。未被优先信元使用的总带宽(PCR)部分分配到常规等级(C＝1)的信元。在此之后剩余的任何带宽分配给可变等级(C＝0)信元和FRM信元。
以与第一实施例相同的方式控制允许信元速率(ACR)。与第一实施例相同，ACR参数限制可变等级信元和FRM信元流。
可保留优先等级用于极不允许延迟的紧急信元业务。如果阻塞使虚拟路径交换网10被迫降低虚拟路径上的服务级别，优先信元业务将不可能受该减小的影响。由此为重要的信元业务提供极高质量的服务。
本发明不限于图中所示的结构。例如，不必以图2和9所示表的存储信元速率参数和其他参数信息及标记。对该信息的存储结构，队列的结构，或者内部等级标识符C附加到业务整形器中的每个信元的方式都没有限制。对于本发明的业务整形器连接的ATM网络的类型没有限制，假设该网络具有虚拟路径交换能力。对网络终端没有限制，可以是个人计算机，工作站，音频或视频设备，或各种特定类型的终端。对虚拟信道交换机没有限制，可以在象工作站这样的计算设备操作，或者可以作为交换设备的独立部分操作。对业务整形器所服务的虚拟路径的数量没有限制；该数量可以是等于或大于1的任何整数。
本领域的技术人员可以认识到，在后面的权利要求书的范围内进一步改变本发明是可能的。

Claims (22)

1.一种对在虚拟路径上进入异步传送模式虚拟路径交换网(10)的信元业务整形的方法，包括步骤：
提供第一队列(22)，第二队列(24)，指定峰值信元速率的第一参数，指定允许信元速率的第二参数，和指定资源管理信元速率的第三参数；
接收具有指定所述虚拟路径的标题信息的信元；
根据所述标题信息将每个接收的信元放入所述第一队列(22)和所述第二队列(24)中的一队列；
以不超过所述峰值信元速率的速率从所述第一队列(22)取出信元；
将从所述第一队列(22)取出的信元放入进入所述网络(10)的信元流；
当所述第一队列(22)空出时，只要所述前向资源管理信元速率和从所述第一队列(22)取出信元的速率一起未超过所述峰值信元速率，以所述资源管理信元速率参数所指定的保持在所述允许信元速率的份额之内的速率将前向资源管理信元插入所述信元流；
当所述第一队列(22)空出并且未插入前向资源管理信元时，从所述第二队列(24)取出信元，条件是所述前向资源管理信元速率和从所述第二队列(24)取出信元的速率一起未超过所述允许信元速率，并且所述前向资源管理信元速率，从所述第一队列(22)取出信元的速率，和从所述第二对列(24)取出信元的速率之和不超过所述峰值信元速率；
将从所述第二队列(24)取出的信元放入所述信元流；
作为对所述前向资源管理信元的应答，接收后向资源管理信元；和
响应所述后向资源管理信元，改变所述第二参数，由此改变所述允许信元速率。
2.根据权利要求1所述的方法，包括当接收所述信元时将内部等级信息附加到所述信元的附加步骤，所述内部等级信息在所述第一队列(22)和所述第二队列(24)中指定一队列。
3.根据权利要求1所述的方法，其中插入前向资源管理信元的所述步骤进一步包括：
对从所述第二队列(24)取出的信元计数；和
在从所述第二队列(24)已取出确定数量的信元之后插入前向资源管理信元而不是从所述第二队列(24)取出一信元，所述确定数目由所述第三参数确定。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述后向资源管理信元具有阻塞指示信息，并且所述改变步骤进一步包括：
当所述后向资源管理信元未指示阻塞时增加所述允许信元速率；
当所述后向资源管理信元指示阻塞时减小所述允许信元速率；和
当作为对一个所述前向资源管理信元的应答而未接收到后向资源管理信元时减小所述允许信元速率。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
将所述虚拟路径的阻塞表示存储在一寄存器中；
从所述网络(10)接收的信元提取明确的前向阻塞指示；
根据所述明确的前向阻塞提示更新所述寄存器；
从所述信元流提取所述前向资源管理信元；
将存储在所述寄存器中的阻塞指示复制到所提取的前向资源管理信元，由此产生所述后向资源管理信元；和
作为对所述前向资源管理信元的应答，返回所述后向资源管理信元；其中
由从所述网络(10)接收所述信元流的设备执行所述存储，提取，更新，提取，复制，和返回步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述异步传送模式虚拟路径交换网(10)遵循宽带综合服务数字网的业务控制建议。
7.一种对在虚拟路径上进入异步传送模式模拟路径交换网(10)的信元业务整形的方法，包括步骤：
提供第一队列(22)，第二队列(24)，第三队列(70)，指定峰值信元速率的第一参数，指定允许信元速率的第二参数，指定资源管理信元速率的第三参数，和指定优先信元速率的第四参数，所述优先信元速率小于所述峰值信元速率；
接收具有指定所述虚拟路径的标题信息的信元；
根据所述标题信息将每个接收的信元放入所述第一队列(22)，所述第二队到(24)，和所述第三队列(70)中的一个队列；
以不超过所述优先信元速率的速率从所述第三队列(70)取出信元；
将从所述第三队列(70)取出的信元放入进入所述网络(10)的信元流；
当从所述第三队列(70)未取出信元时，只要从所述第一队列(22)取出信元的速率和从所述第三队列(70)取出信元的速率一起未超过所述峰值信元速率，从所述第一队列(22)取出信元；
将从所述第一队列(22)取出的信元放入所述信元流；
当从所述第一队列(22)和所述第三队列(70)未取出信元时，以所述允许信元速率和所述资源管理信元速率确定的速率将前向资源管理信元插入所述信元流，条件是从所述第一队列(22)取出信元的速率，从所述第三队列(70)取出信元速率，和所述前向资源管理信元速率一起未超过所述峰值信元速率；
当从所述第一队列(22)和所述第三队列(70)未取出信元并且未插入前向资源管理信元时，从所述第二队列(24)取出信元，只要所述前向资源管理信元和从所述第二队列(24)取出信元的速率一起未超过所述允许信元速率，并且只要从所述第一队列(22)取出信元的速率，从所述第二队列(24)取出信元的速率，从所述第三队列(70)取出信元的速率，和所述前向资源管理信元速率之和未超过所述峰值信元速率；
将从所述第二队列(24)取出的信元放入所述信元流；
接收后向资源管理信元以答复所述前向资源管理信元；和
响应所述后向资源管理信元，改变所述第二参数，由此改变所述允许信元速率。
8.根据权利要求7所述的方法，包括当接收所述信元时将内部等级信息附加到所述信元的附加步骤，所述内部等级信息指定所述第一队列(22)，所述第二队列(24)，和所述第三队列(70)中的一个队列。
9.根据权利要求7所述的方法，其中插入前向资源管理信元的所述步骤进一步包括：
对从所述第二队列(24)取出的信元计数；和
在从所述第二队列(24)已取出确定数量的信元之后，插入前向资源管理信元而不是从所述第二队列(24)取出一信元，所述确定数目由所述第三参数确定。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述后向资源管理信元具有阻塞指示信息，并且所述改变步骤进一步包括：
当所述后向资料管理信元未指示阻塞时增加所述允许信元速率；
当所述后向资料管理信元指示阻塞时减小所述允许信元速率；和
当作为所述前向资源管理信元之一的应答而未接收后向资源管理信元时减小所述允许信元速率。
11.根据权利要求7所述的方法，进一步包括步骤：
将所述虚拟路径的阻塞指示存储在一寄存器中；
从所述网络(10)接收的信元提取明确的前向阻塞指示；
根据所述明确的前向阻塞指示更新所述寄存器；
从所述信元流提取所述前向资源管理信元；
将存储在所述寄存器中的阻塞指示复制到所提取的前向资源管理信元，由此产生所述后向资源管理信元；和
作为对所述前向资源管理信元的应答，返回所述后向资源管理信元；其中
由从所述网络(10)接收所述信元流的设备执行所述存储，提取，更新，提取，复制，和返回步骤。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述异步传送模式虚拟路径交换网(10)遵循宽带综合服务数字网的业务控制建议。
13.一种用于整形进入异步传送模式虚拟路径交换网(10)的信元业务的业务整形器(6)，包括：
一个标题转换器(16)，用于接收具有标题信息的信元，并将所述标题信息转换为规定出网虚拟路径，出网虚拟信道，和内部等级的信息，所述内部等级为第一等级和第二等级中的一个等级；
多个第一队列(22)，用于保持等待在相应虚拟路径上发送的信元；
相应的多个第二队列(24)，用于保持等待在相应虚拟路径上发送的信元；
相应的耦合到相应第二队列(24)的多个插入器，用于产生在相应虚拟路径上发送的前向资源管理信元；
一个耦合到所述标题转换器(16)，所述第一队列(22)，和所述第二队列(24)的信元分配器(18)，用于根据所述出网虚拟路径和所述内部等级将由所述标题转换器(16)接收的信元放入所述第一队列(22)和所述第二队列(24)，规定所述第一等级的信元放入所述第一队列(22)而规定所述第二等级的信元放入所述第二队列(24)；
一个耦合到所述第一队列(22)，所述第二队列(24)，和所述插入器(26)的读控制器(28)，用于从所述第一队列(22)和所述第二队列(24)取出信元，从所述插入器(26)取出所述前向资源管理信元，并且将所取出的信元发送到出网信元流；
一个业务控制表(32)，用于存储指定各个虚拟路径的峰值信元速率的参数，指定各个虚拟路径的允许信元速率的参数，和指定各个虚拟路径的资源管理信元速率的参数，所述允许信元速率不超过相应的峰值信元速率并且所述资源管理信元速率为相应的允许信元速率的份额；
一个提取器(34)，用于从所述网络(10)接收信元业务并提取后向资源管理信元；
一个耦合到所述读控制器(28)，所述业务控制表(32)，和所述提取器(34)的输出调度器(30)，用于监控所述第一队列(22)和所述第二队列(24)，控制所述读控制器(28)，并且应答所述后向资源管理信元调整所述允许信元速率；其中
所述输出调度器(30)命令所述读控制器(28)依次取出不同虚拟路径的所述信元，遵循每个虚拟路径内的优先规则，所述第一队列(22)内的信元先于所述前向资源管理信元被选择，所述前向资源管理信元先于所述第二队列(24)内的信元被选择，不允许所述前向资源管理信元的速率超过相应的资源管理信元速率，不允许所述前向资源管理信元的速率和从所述第二队列(24)取出信元的速率超过各自的允许信元速率，以及不允许各个虚拟路径上的总信元速率超过相应的峰值信元速率。
14.根据权利要求13所述的业务整形器，其中所述输出调度器(30)保持从每一个所述第二队列(24)取出的信元的独立计数值，并且当各个计数值达到由相应的资源管理信元速率确定的值时，命令所述读控制器(28)取出前向资源管理信元，而不是从相应的第二队列(24)取出信元。
15.根据权利要求13所述的业务整形器，其中所述后向资源管理信元具有阻塞指示信息，并且所述输出调度器(30)根据所述阻塞指示信息调整所述允许信元速率。
16.根据权利要求15所述的业务整形器，其中当所述后向资源管理信元未指示阻塞时所述输出调度器(30)增加所述允许信元速率，当所述后向资源管理信元指示阻塞时减小所述允许信元速率，并且当作为对所述前向资源管理信元的应答而未接收到后向资源管理信元时减小所述允许信元速率。
17.根据权利要求13所述的业务整形器，其中所述异步传送模式虚拟路径交换网(10)遵循宽带综合服务数字网的业务控制建议。
18.一种用于整形进入异步传送模式虚拟路径交换网(10)的信元业务的业务整形器(6)，包括：
一个标题转换器(16)，用于接收具有标题信息的信元，并将所述标题信息转换为规定出网虚拟路径，出网虚拟信息，和内部等级的信息，所述内部等级为第一等级和第二等级中的一个等级；
多个第一队列(22)，用于保持等待在相应虚拟路径上发送的信元；
相应的多个第二队列(24)，用于保持等待在相应虚拟路径上发送的信元；
相应的多个第三队列(70)，用于保持等待在相应虚拟路径上发送的信元；
耦合到相应第二队列(24)的相应多个插入器(26)，用于产生在相应虚拟路径上发送的前向资源管理信元；
一个耦合到所述标题转换器(16)，所述第一队列(22)，所述第二队列(24)，和所述第三队列(70)的信元分配器(18)，用于根据所述出网虚拟路径和所述内部等级将所述信元放入所述第一队列(22)，所述第二队列(24)，和所述第三队列(70)，规定所述第一等级的信元放入所述第一队列(22)，规定所述第二等级的信元放入所述第二队列(24)，以及规定所述第三等级的信元放入所述第三队列(70)；
一个耦合到所述第一队列(22)，所述第二队列(24)，所述第三队列(70)，和所述插入器(26)的读控制器(28)，用于从所述第一队列(22)，所述第二队列(24)，和所述第三队列(70)取出信元，从所述插入器(26)取出前向资源管理信元，并将所取出的信元发送到出网信元流；
一个业务控制表(32)，用于存储指定各个虚拟路径的峰值信元速率的参数，指定各个虚拟路径的允许信元速率的参数，指定各个虚拟路径的优先信元速率的参数，和指定各个虚拟路径的资源管理信元速率的参数，所述优先信元速率小于相应的峰值信元速率，所述允许信元速率不超过相应的峰值信元速率，以及所述资源管理信元速率为相应的允许信元速率的份额；
一个提取器(34)，用于从所述网络(10)接收信元并提取后向资源管理信元；
一个耦合到所述读控制器(28)，所述业务控制表(32)，和所述提取器(34)的输出调度器(30)，用于监控所述第一队列(22)，所述第二队列(24)，和所述第三队列(70)，控制所述控制器(28)，并响应所述后向资源管理信元调整所述允许信元速率；其中
所述输出调度器(30)命令所述读控制器(28)依次取出不同虚拟路径的所述信元，遵循每个虚拟路径的优先规则，优先于所述第一队列(22)内的信元选择所述第三队列(70)内的信元，优先于所述前向资源管理信元选择所述第一队列(22)内的信元，优先于所述第二队列(24)内的信元选择所述前向资源管理信元，不允许从所述第三队列(70)取出信元的业务超过相应的优选信元速率，不允许所述前向资源管理信元的业务超过相应的资源管理信元速率，不允许所述前向资源管理信元和从所述第二队列(24)取出的信元的组合业务超过相应的允许信元速率；以及不允许各个虚拟路径上的总信元业务超过相应的峰值信元速率。
19.根据权利要求18所述的业务整形器，其中所述输出调度器(30)保持从每一个所述第二队列(24)取出的信元的独立计数值，并且当各个计数值达到所述资源管理信元速率确定的值时，命令所述读控制器(28)取出前向资源管理信元取代从相应的第二队列(24)取出信元。
20.根据权利要求18所述的业务整形器，其中所述后向资源管理信元具有阻塞指示信息，并且所述输出调度器(30)根据所述阻塞指示信息调整所述允许信元速率。
21.根据权利要求20所述的业务整形器，其中当所述后向资源管理信元未指示阻塞时，所述输出调度器(30)增加所述允许信元速率，当所述后向资源管理信元指示阻塞时减小所述允许信元速率，以及当作为对所述前向资源管理信元的应答而未接收到后向资源管理信元时减小所述允许信元速率。
22.根据权利要求18所述的业务整形器，其中所述异步传送模式虚拟路径交换网(10)遵循宽带综合服务数字网的业务控制建议。
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