專利名稱：傳輸設(shè)備保護(hù)的糾錯(cuò)控制編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)處理的方法和設(shè)備，并且特別涉及一種用于通過電信系統(tǒng)的信號(hào)路由差錯(cuò)防護(hù)。
本申請(qǐng)要求享受US的前申請(qǐng)US.no.60/123，297的1999年3月4日的申請(qǐng)日，代理案號(hào)no DAVE 10-1-3-2-1-5。
典型的電信系統(tǒng)有一個(gè)或多個(gè)交換機(jī)，這些交換機(jī)為系統(tǒng)的端用戶對(duì)之間通信路由信號(hào)。每個(gè)交換機(jī)能夠同時(shí)地接收源于多個(gè)不同的端用戶的輸入信號(hào)，并且路由這些收到的輸入信號(hào)成為發(fā)射到多個(gè)不同目的地(即，各種各樣的端用戶)的輸出信號(hào)。通常，交換機(jī)能夠把來自任何指定端用戶的信號(hào)路由給任何一個(gè)或多個(gè)指定的端用戶。
要想保持高質(zhì)量的通信業(yè)務(wù)，電信系統(tǒng)的交換機(jī)能夠高效并且可靠地操作是非常重要的。過去，電信系統(tǒng)僅傳遞電話端用戶之間的電話信號(hào)(即，語音)。因此，交換機(jī)短時(shí)間(例如，直至60毫秒)不能正常操作也是可以接受的，不會(huì)對(duì)提供給端用戶的服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生不好的影響，這是由于人類的耳朵能夠允許這么長時(shí)間的的電話服務(wù)間隙。只要檢測(cè)到出現(xiàn)故障并且在故障的60毫秒之內(nèi)為交換機(jī)作出備用保護(hù)硬件，就能滿足電話系統(tǒng)裝備的容錯(cuò)要求，這種交換機(jī)故障的恢復(fù)被稱為無中斷保護(hù)交換(hit-less protection switching)。
但是，現(xiàn)在電信系統(tǒng)除了能夠傳輸電話信號(hào)以外還能夠傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。在這樣的電信系統(tǒng)中，交換機(jī)的任何不正常操作，即使僅持續(xù)非常短時(shí)間的間歇故障，也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，這對(duì)于電信系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)端用戶都是不能接受的。因此就希望并且經(jīng)常是強(qiáng)制電信系統(tǒng)提供具有堅(jiān)固的容錯(cuò)來抵制故障，這樣在該電信系統(tǒng)中不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，結(jié)果(至少)不會(huì)在交換機(jī)中出現(xiàn)任何一個(gè)單點(diǎn)故障。
提供這樣的“無差錯(cuò)容錯(cuò)”的一種方式是在交換機(jī)的輸出端緩沖足夠的數(shù)據(jù)以便提供足夠的時(shí)間，讓容錯(cuò)處理檢測(cè)故障出現(xiàn)，并且讓交換處理備用保護(hù)硬件以確保精確交換操作而不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)。遺憾的是，隨著數(shù)據(jù)傳輸率和交換吞吐量的提高，確保無差錯(cuò)容錯(cuò)所需要的緩沖器大小和傳輸延時(shí)也變得費(fèi)用昂貴，并且增大的緩沖器反過來有害交換機(jī)的延滯時(shí)間。另外，典型的現(xiàn)有技術(shù)的容錯(cuò)方案將不檢測(cè)或者不能防止諸如偽隨機(jī)比特或者碼元差錯(cuò)的隨即差錨破壞路由數(shù)據(jù)。
本發(fā)明旨在一種為諸如電信交換機(jī)的傳輸設(shè)備提供容錯(cuò)的技術(shù)。本發(fā)明保護(hù)信號(hào)路由操作過程的完整性，使之免受該設(shè)備中所出現(xiàn)故障的影響并且根據(jù)其其實(shí)施方案甚至可以使這種完整性免受多個(gè)故障的影響。另外，本發(fā)明使信號(hào)路由操作在不丟失數(shù)據(jù)并且不需要實(shí)質(zhì)性的數(shù)據(jù)緩沖的情況下得以運(yùn)行。在間歇的或者永久的故障期間以及路由設(shè)備維護(hù)期間，這樣的無差錯(cuò)容錯(cuò)都使該信號(hào)路由操作得以不間斷地進(jìn)行。
本發(fā)明能夠應(yīng)用于符合下述兩個(gè)條件的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)第一，該系統(tǒng)是分布式的，這意味著該傳輸過程分布于幾個(gè)單元，因此不同的單元路由不同的數(shù)據(jù)用戶，在該系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)單元可能有需要受到保護(hù)的易損傷的功能性。這樣的單元的范例包括集成電路、電鏈路、電路組件、光鏈路以及電-光轉(zhuǎn)換設(shè)備。第二，該系統(tǒng)具有擴(kuò)展的容量，這意味著某些單元存在于該系統(tǒng)中，但是當(dāng)不出現(xiàn)損傷時(shí)并不使用它。
按照下述步驟針對(duì)這樣的系統(tǒng)執(zhí)行無差錯(cuò)控制編碼來進(jìn)行設(shè)備保護(hù)第一，在輸入給該設(shè)備的輸入端處的每個(gè)信號(hào)流上加上編碼器，并且在該設(shè)備的輸出端的每個(gè)信號(hào)流上加解碼器。(注意，根據(jù)運(yùn)行情況，每個(gè)信號(hào)流可能有多于一個(gè)編碼器/解碼器，或者每個(gè)編碼器/解碼器可以有多于一個(gè)信號(hào)流)；第二，分析通過該設(shè)備的已編碼的信號(hào)流的路徑，并且把在解碼器輸入端處該信號(hào)流上任何單元的故障順序制表。第三，設(shè)計(jì)合適的編碼/解碼算法來完成該設(shè)備中分布式處理的計(jì)劃，因此就能夠無差錯(cuò)地改正單元故障的影響。注意為了它們的成功的運(yùn)行就需要重復(fù)其后面兩步驟。編碼算法的選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)也許影響其它的諸如傳輸延時(shí)和電路復(fù)雜性的性能測(cè)試。通常，可使用本發(fā)明為單一單元故障進(jìn)行糾錯(cuò)，并且根據(jù)特殊編碼方案，可能糾錯(cuò)多個(gè)(獨(dú)立或者從屬)單元故障。
按照本發(fā)明的涉及電信交換機(jī)的實(shí)施例，糾錯(cuò)編碼(ECC)方案、諸如逼近碼元編碼方案，被實(shí)施于交換機(jī)的輸入端的數(shù)據(jù)上，產(chǎn)生已編碼的數(shù)據(jù)，然后這些數(shù)據(jù)通過交換機(jī)的分布式交換機(jī)組織被發(fā)射出去。已編碼的數(shù)據(jù)裝載了附加的碼元。因此需要額外的交換容量。然后在交換結(jié)構(gòu)的輸出端分析該已編碼的數(shù)據(jù)，確定在傳輸經(jīng)過該交換結(jié)構(gòu)期間是否出現(xiàn)了故障。在優(yōu)選實(shí)施例中，還利用糾錯(cuò)來恢復(fù)單一故障，以及在交換結(jié)構(gòu)中，根據(jù)特殊編碼方案，可能恢復(fù)多個(gè)(獨(dú)立或者從屬)單元故障。結(jié)果，本發(fā)明就能夠提供無差錯(cuò)容錯(cuò)，即使在交換結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)故障的情況下，也不丟失數(shù)據(jù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種傳輸數(shù)據(jù)流的方法，它包括以下步驟(a)對(duì)輸入數(shù)據(jù)流中k碼元原始數(shù)據(jù)字進(jìn)行編碼，產(chǎn)生n碼元碼字，其中n大于k；(b)把每個(gè)n碼元碼字分成多個(gè)碼字片；(c)路由該碼字片經(jīng)過分布式傳輸設(shè)備，產(chǎn)生多個(gè)路由的碼字片；(d)合并這些路由的碼字片，產(chǎn)生n碼元路由的碼字；以及(e)對(duì)該n碼元路由的碼字進(jìn)行解碼，產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)流的k碼元路由的碼字，該數(shù)據(jù)流的k碼元路由的碼字與輸入數(shù)據(jù)流中k碼元原始數(shù)據(jù)字相對(duì)應(yīng)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種傳輸數(shù)據(jù)流的裝置，包括(a)一個(gè)或多個(gè)編碼器，這些編碼器用于對(duì)輸入數(shù)據(jù)流中k碼元原始數(shù)據(jù)字進(jìn)行編碼，產(chǎn)生n碼元碼字，其中n大于k；(b)一個(gè)或多個(gè)切片器，這些切片器用于把每個(gè)n碼元碼字分成多個(gè)碼字片；(c)分布式傳輸設(shè)備，該分布式傳輸設(shè)備用于路由該碼字片，產(chǎn)生多個(gè)路由的碼字片；(d)一個(gè)或多個(gè)合并器，這些合并器用于合并這些路由的碼字片，產(chǎn)生n碼元路由的碼字；以及(e)一個(gè)或多個(gè)解碼器，這些解碼器用于對(duì)該n碼元路由的碼字進(jìn)行解碼，產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)流的k碼元路由的碼字，該數(shù)據(jù)流的k碼元路由的碼字與輸入數(shù)據(jù)流中k碼元原始數(shù)據(jù)字相對(duì)應(yīng)。
從下面的詳細(xì)說明、附屬權(quán)利要求書以及附圖，將會(huì)更加清楚本發(fā)明的其它方面、技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)，這些附圖是

圖1顯示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電信交換機(jī)的一個(gè)高級(jí)方框圖；圖2顯示出表示經(jīng)過圖1交換機(jī)的信號(hào)輸入數(shù)據(jù)流和其對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)流的處理過程的方框圖；圖3顯示用于伽羅瓦域(GF)(24)的里德-所羅門(RS)[12，8，5]碼的編碼器和解碼器的一個(gè)高級(jí)方框圖；圖4顯示圖3的用于GF(24)的RS[12，8，5]碼的編碼器的體系結(jié)構(gòu)的方框圖；圖5顯示圖3的用于GF(24)的RS[12，8，5]碼的解碼器的體系結(jié)構(gòu)的方框圖；圖6-9顯示用于計(jì)算四校驗(yàn)位的四電路的方框圖，該四校驗(yàn)位對(duì)GF(24)的RS[12，8，5]碼進(jìn)行解碼。
圖10顯示圖5的糾錨模式的體系結(jié)構(gòu)的方框圖；圖11顯示兩個(gè)成對(duì)的解碼器的一個(gè)可能的體系結(jié)構(gòu)的方框圖；圖12顯示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)1024×1024交換機(jī)的一個(gè)高級(jí)方框圖；圖13顯示在圖12的交換機(jī)的輸入側(cè)針對(duì)每組四個(gè)輸入OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理的一個(gè)方框圖；圖14顯示由圖13的每個(gè)編碼器對(duì)相應(yīng)的輸入的OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理的一個(gè)方框圖；圖15A-C指示出由圖13的混洗塊對(duì)36字節(jié)的已編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行的混洗處理，該36字節(jié)的已編碼的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于來自每個(gè)這些四個(gè)OC-48數(shù)據(jù)流的第一個(gè)24信息字節(jié)；圖16顯示在圖12的交換機(jī)的輸出側(cè)針對(duì)每組四個(gè)輸出OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理的一個(gè)方框圖；圖17顯示由圖16的每個(gè)解碼器對(duì)相應(yīng)的輸出的OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理的一個(gè)方框圖；圖18顯示表2，該表2把圖14的編碼器的字節(jié)賦值制表。
圖1顯示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電信交換機(jī)100的一個(gè)高級(jí)方框圖。交換機(jī)100接收M輸入數(shù)據(jù)流，并且按并行的方式路由這些輸入數(shù)據(jù)流。使之通過分布式同步交換結(jié)構(gòu)(fabric)102，產(chǎn)生M對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)流，這里每個(gè)輸入數(shù)據(jù)流通常被路由至不同的一個(gè)(或多個(gè))M輸出數(shù)據(jù)流。通常，每個(gè)輸入數(shù)據(jù)流被路由至一個(gè)(或多個(gè))特殊的輸出數(shù)據(jù)流。雖然在這個(gè)實(shí)施例中，從具有分布式同步交換結(jié)構(gòu)(fabric)的電信交換機(jī)的角度，來說明本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)知道也可以從另外的具有擴(kuò)展能力的分布式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的角度來完成本發(fā)明，這些系統(tǒng)包括具有分布式異步交換結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和/或其中受保護(hù)的處理單元不需要完全并置(co-located)的系統(tǒng)。
圖2顯示出表示經(jīng)過圖1交換機(jī)100的M輸入數(shù)據(jù)流之一和其對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)流的過程的方框圖。圖2顯示編碼器202、1∶n切片器204、分布式同步交換結(jié)構(gòu)206、n∶1合并器210以及解碼器212，該分布式同步交換結(jié)構(gòu)206包括n并行交換單元208。編碼器202對(duì)每個(gè)輸入數(shù)據(jù)流中的k碼元數(shù)據(jù)字(其中每個(gè)數(shù)據(jù)字碼元包括m比特的數(shù)據(jù)信息)進(jìn)行逼近編碼算法，產(chǎn)生n碼元碼字(其中每個(gè)碼字碼元包括m比特的編碼信息)。1∶n切片器204把該n碼元碼字分成n個(gè)并行輸入碼元流214，每個(gè)都帶有n碼元碼字的m比特碼字碼元之一。然后每個(gè)輸入碼元流中的碼字碼元被路由通過交換結(jié)構(gòu)205中的對(duì)應(yīng)的交換單元208成相應(yīng)的輸出碼元流216。交換單元208集體地響應(yīng)，把圖1中所示的每個(gè)輸入數(shù)據(jù)流送到相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)流n∶1合并器210接收沿n輸出碼元流216傳輸?shù)倪@些n個(gè)已交換的碼字碼元該n∶1合并器210收集并且重新裝配這些n個(gè)已交換的碼字碼元，形成一個(gè)n碼元交換的碼字。解碼器212采用與編碼器202使用的編碼算法相應(yīng)的逼近糾錯(cuò)解碼算法，為對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)產(chǎn)生已糾錯(cuò)k碼元數(shù)據(jù)字。
在交換機(jī)100的一個(gè)實(shí)施方案中，圖1所示的每個(gè)輸入數(shù)據(jù)流有它自己的編碼器202和1∶n切片器204，而圖1所示的每個(gè)輸出數(shù)據(jù)流有它自己的解碼器212和n∶1合并器210，同時(shí)所有i對(duì)的圖1所示的輸入和輸出數(shù)據(jù)流分享相同的交換結(jié)構(gòu)206，在交換結(jié)構(gòu)206中每個(gè)交換單元208把每個(gè)輸入碼字碼元流的不同的碼字碼元路由到其對(duì)應(yīng)的輸出碼字碼元流。
在正常的交換操作中，在交換結(jié)構(gòu)206中每個(gè)交換單元208采用相同路由處理以便精確地路由對(duì)應(yīng)于不同輸入數(shù)據(jù)流的不同的碼字碼元。例如，第一交換單元208采用與第二交換單元208相同的路由處理來路由對(duì)應(yīng)于每個(gè)輸入數(shù)據(jù)流的每個(gè)碼字的第一碼字碼元，第二交換單元208路由對(duì)應(yīng)于每個(gè)輸入數(shù)據(jù)流的每個(gè)碼字的第二碼字碼元，交換結(jié)構(gòu)206中所有n個(gè)交換單元208也是如此。
遺憾的是，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立交換單元208正在進(jìn)行路由處理的時(shí)候，在分布式交換結(jié)構(gòu)206內(nèi)也許會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。一個(gè)典型的差錯(cuò)對(duì)應(yīng)于交換處理期間不時(shí)出現(xiàn)的隨機(jī)比特/碼元差錯(cuò)。另一個(gè)典型的差錯(cuò)對(duì)應(yīng)于交換單元受到災(zāi)難性故障，這個(gè)災(zāi)難性故障超長時(shí)間阻止交換機(jī)正常運(yùn)行。在這樣的情況下，有故障的交換單元所產(chǎn)生的碼元可能全是0或者全是1或者僅是隨機(jī)噪聲。通過為編碼器202和解碼器212選擇逼近編碼/解碼方案，就能夠檢測(cè)到被路由經(jīng)過交換結(jié)構(gòu)206的碼字中出現(xiàn)的某些差錯(cuò)，并且對(duì)它進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，從而確保每個(gè)輸出數(shù)據(jù)流中每個(gè)輸出k碼元數(shù)據(jù)字與相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)流中相應(yīng)輸入k碼元數(shù)據(jù)字是相同的。
適合本發(fā)明的一些實(shí)施方案的一種糾錯(cuò)控制方案是以伽羅瓦域(GF)(24)的系統(tǒng)的里德-所羅門(RS)[12，8，5]碼為基礎(chǔ)的，其中n=12是每個(gè)碼字的碼元的個(gè)數(shù)，k=8是每個(gè)數(shù)據(jù)字的碼元的個(gè)數(shù)，dmin=5是最小距離，而m=4是每個(gè)碼元的比特的個(gè)數(shù)。系統(tǒng)碼，像這種RS[12，8，5]碼，讓該原始數(shù)據(jù)(即，信息碼元)不發(fā)生改變，并且通過把一個(gè)或多個(gè)編碼碼元加入該原始數(shù)據(jù)字來形成碼字。在RS[12，8，5]碼中，該12碼字的8個(gè)與8個(gè)輸入信息碼元是相同的，并且余下的4個(gè)碼字碼元是由這8個(gè)輸入信息碼元所產(chǎn)生的編碼碼元。
基于下述最小距離dmin的方程式，最小距離RS[12，8，5]碼的解碼器能夠識(shí)別并且糾正每個(gè)12-碼元碼字中出現(xiàn)的差錯(cuò)(包括編碼碼元自身出現(xiàn)的差錯(cuò))2fr+fe＜dmin其中，fr是隨機(jī)差錯(cuò)的個(gè)數(shù)并且fe是刪除的個(gè)數(shù)。隨機(jī)差錨是碼字碼元中的差錯(cuò)，事先并不知道碼字碼元的位置。另一方面，刪除是碼字碼元中的差錯(cuò)，事先就知道碼字碼元的差錯(cuò)的位置。由于最小距離dmin等于5，因此可以使用RS[12，8，5]碼糾正下面的同時(shí)組合差錯(cuò)(即，在任意設(shè)定的12碼元碼字中的一個(gè)或多個(gè)差錯(cuò))°直至fe=4個(gè)刪除沒有隨機(jī)差錯(cuò)(即，fr=0)，°直至fe=2個(gè)刪除fr=1個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)；或°直至fr=2個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)沒有刪除(即，fe=0)在碼字中某處出現(xiàn)隨機(jī)比特/碼元差錯(cuò)就是一個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)的例子，這是因?yàn)樵诮獯a該碼字之前，并不知道在整個(gè)12碼元碼字中該差錯(cuò)的確切位置，并且該差錯(cuò)也不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)于下一個(gè)碼字。另一方面，對(duì)交換結(jié)構(gòu)中一個(gè)特殊的交換單元已經(jīng)有故障的知識(shí)則可以用來識(shí)別12碼元碼字中的一個(gè)刪除，這是因?yàn)槊總€(gè)碼字中相同對(duì)應(yīng)的碼元都將出現(xiàn)差錯(cuò)。
再參考圖2，當(dāng)執(zhí)行RS[12，8，5]碼時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)字(k)的信息碼元的個(gè)數(shù)是8，每個(gè)碼字(n)的全部信息和編碼碼元的個(gè)數(shù)是12。這樣，編碼器202把每個(gè)8碼元數(shù)據(jù)字編碼成12碼元碼字，這里把前面的8個(gè)碼字碼元規(guī)定成對(duì)應(yīng)于該8輸入信息碼元，后面4碼字碼元規(guī)定對(duì)應(yīng)于該4編碼碼元。在這種情況下，采用執(zhí)行1∶12切片器的切片器204，就可以利用12個(gè)并行交換單元208來實(shí)現(xiàn)交換結(jié)構(gòu)206，這里前面8個(gè)交換單元(即，圖2中的交換單元1至交換單元k=8)切換每個(gè)12碼元碼字中的8個(gè)信息碼元，后面4個(gè)交換單元(即，圖2中的交換單元k+1=9至交換單元n=12)切換4個(gè)編碼碼元。然后合并器210執(zhí)行12∶1合并器，解碼器212采用逼近RS[12，8，5]解碼，把每個(gè)已交換的12碼元碼字轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)輸出數(shù)據(jù)流中的一個(gè)已糾錯(cuò)的8碼元數(shù)據(jù)字。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，解碼器212始終監(jiān)視每個(gè)碼字碼元中檢測(cè)到的連續(xù)差錯(cuò)的次數(shù)。當(dāng)一行中規(guī)定個(gè)數(shù)(例如，4)的連續(xù)碼字中某個(gè)碼字碼元出錯(cuò)了，解碼器212斷定相應(yīng)的交換單元208已經(jīng)有故障，并且指出該碼字碼元是一個(gè)刪除。同樣，如果在一行規(guī)定個(gè)數(shù)(例如，4)的連續(xù)碼字中出錯(cuò)的數(shù)據(jù)位置上沒有檢測(cè)到出錯(cuò)，則一個(gè)刪除被清除。除了簡化糾正數(shù)據(jù)中差錯(cuò)之外，通過檢驗(yàn)系統(tǒng)中全體解碼器組所識(shí)別出的刪除組，還可以使用這種刪除的識(shí)別來精確定位設(shè)備故障的位置。因?yàn)樘厥夤收蠒?huì)呈現(xiàn)特殊的刪除組，這就反過來可用于識(shí)別出這個(gè)故障的位置。
一般利用算法程序，諸如Massey-Berlekamp算法，解碼多差錯(cuò)糾正RS碼。但是，這些算法并不特別容易執(zhí)行，并且解碼過程需要多個(gè)步驟。為此。硬件執(zhí)行這些算法可能很慢。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是以認(rèn)真選擇能夠被用于直接解答方法的編碼的參數(shù)為基礎(chǔ)的。該小域GF(24)使我們僅采用相當(dāng)少的邏輯門就可以在GF(24)上執(zhí)行諸如乘法、求反的運(yùn)算公式。由于編碼器和解碼器的尺寸小，因此就能夠把許多編碼器/解碼器集成到一個(gè)裝置中并且也能夠使用流水線進(jìn)行產(chǎn)生。
該RS[12，8，5]碼為某些類型的交換結(jié)構(gòu)和處理規(guī)格提供了特別的優(yōu)點(diǎn)。例如，為每8-碼元碼字加入了4編碼碼元，因此就可以采用現(xiàn)有的具有50％冗余(還稱為擴(kuò)展容量)的交換結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道；某些現(xiàn)有技術(shù)的交換機(jī)依靠具有50％冗余的交換結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)1×2容錯(cuò)方案，也就是當(dāng)在整個(gè)主機(jī)架中檢測(cè)到故障時(shí)，空閑交換單元的備用機(jī)架就可以代替正在工作的交換單元的兩個(gè)主機(jī)架中的一個(gè)。
不過，本發(fā)明可以提供超出這些現(xiàn)有技術(shù)的1×2容錯(cuò)方案的特殊優(yōu)點(diǎn)。具體來說，除非緩沖了足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)，否則現(xiàn)有技術(shù)方案就不能在交換單元故障的情況下提供無差錯(cuò)交換。另一方面，本發(fā)明卻能夠在一個(gè)或者甚至多于一個(gè)交換單元故障的情況下，包括“斷續(xù)”隨機(jī)差錯(cuò)以及“永久”交換單元故障，提供無差錯(cuò)交換。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)適于某些交換結(jié)構(gòu)，在這些交換結(jié)構(gòu)中獨(dú)立的交換單元208被物理地設(shè)計(jì)成交換模塊部分(即，電路組件)，每個(gè)交換模塊部分包括兩個(gè)或者更多交換單元。例如，在每個(gè)交換模塊有3個(gè)交換單元的方案中，當(dāng)某個(gè)交換單元出現(xiàn)故障之后，當(dāng)相應(yīng)的3-單元交換模塊被替換，或者，在路由器維護(hù)期間，當(dāng)3-單元交換模塊可能被下線時(shí)，能夠設(shè)計(jì)該3個(gè)對(duì)應(yīng)的切片，輸入3個(gè)分離的碼組，這樣每個(gè)將呈現(xiàn)為每個(gè)碼組出現(xiàn)單一故障。可以使用混洗操作(以后將結(jié)合圖13和15說明這個(gè)規(guī)定)把分支的故障分入分離的碼組。因?yàn)槭褂肦S[2，8，5]碼可以校正兩個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)，所以還能夠無差錯(cuò)地防護(hù)額外故障。另外，當(dāng)經(jīng)過一些差錯(cuò)之后(例如，10)，就可以把這個(gè)故障標(biāo)記成刪除，因此提高了系統(tǒng)無差錯(cuò)防護(hù)額外故障的能力。
雖然編碼器202的編碼處理和解碼器212的解碼與糾錯(cuò)處理為經(jīng)過交換機(jī)100的數(shù)據(jù)流的路由處理過程增加了延滯時(shí)間，但是通過選擇合適的碼元大小和塊的程度，可以把這個(gè)延滯時(shí)間保持在一個(gè)可接受的低的水平。例如，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，這個(gè)編碼方案依靠4-比特碼元，針對(duì)輸入數(shù)據(jù)流，交換機(jī)100有兩個(gè)按照?qǐng)D2所示的結(jié)構(gòu)的編碼器和解碼器的范例，一個(gè)范例處理信息的每8-比特字節(jié)的4個(gè)最高有效位(MSB)，而另外一個(gè)并行地處理信息的每8-比特字節(jié)的4個(gè)最低有效位(LSB)。
如圖2的實(shí)施方案所示，交換結(jié)構(gòu)206包括了與每個(gè)碼字碼元中出現(xiàn)的碼元相同個(gè)數(shù)的交換單元208(即，12)。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道在另外的方案中，交換結(jié)構(gòu)的交換單元的數(shù)量(并且因此切片器204所進(jìn)行的分隔的程度)可以多于或者少于每碼字的碼元的個(gè)數(shù)。精確的數(shù)量取決于特殊硬件和/或處理規(guī)格通常，分隔的一個(gè)目的就是把處理過程劃分成更小的階段以便更容易完成，或者把系統(tǒng)劃分成子系統(tǒng)能夠被不插拔地進(jìn)行維護(hù)(unplugged formaintenance)?；煜创a塊的目的是進(jìn)一步劃分這些片，以便抵御多股故障。
我們已經(jīng)從GF(24)的里德-所羅門[12，8，5]碼的角度說明了本發(fā)明。但是任何本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道還可以使用其它類型的差錯(cuò)控制方案，包括非系統(tǒng)碼，或者非碼元編碼，非系統(tǒng)碼在生成碼字時(shí)改變?cè)夹畔⒋a元。選擇特殊的編碼方案將取決于交換構(gòu)造的特殊特性(例如，在該分布式同步交換結(jié)構(gòu)中并行交換單元的總數(shù)、每個(gè)單元所處理的碼元的數(shù)量、每個(gè)交換模塊的交換單元的個(gè)數(shù))以及進(jìn)行交換所要求的特殊處理規(guī)格(例如，最長延滯時(shí)間、最大緩沖器尺寸、要糾正的同時(shí)隨機(jī)差錯(cuò)和/或刪除的數(shù)量)。包括其它里德-所羅門碼和其它系統(tǒng)碼的其它類型編碼方案也適用于本發(fā)明。通常，每個(gè)不同的編碼方案包括了開銷、速度、延滯時(shí)間以及硬件規(guī)格之間的不同的折衷方案。原理上講，在某種程度上可以使用任何差錨控制方案進(jìn)行本發(fā)明。
我們已經(jīng)從路由大量的對(duì)應(yīng)于電信信號(hào)的數(shù)據(jù)流并行經(jīng)過一個(gè)分布式同步交換結(jié)構(gòu)的角度說明了本發(fā)明，在該交換結(jié)構(gòu)中所有交換單元都是按照同步方式并行操作的。但是任何本領(lǐng)域技術(shù)人員都應(yīng)當(dāng)知道本發(fā)明還適用于其它情況。例如，本發(fā)明的碼元編碼/糾錯(cuò)解碼方式可以適用于其它類型的通信系統(tǒng)，在這些通信系統(tǒng)中每一個(gè)或更多輸入信號(hào)的不同部分被沿不同的并行同步或者異步傳輸途徑進(jìn)行處理，形成一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的輸出信號(hào)。
里德-所羅門碼里德-所羅門碼是多差錯(cuò)校正塊碼，塊長為n個(gè)碼元，其中的k個(gè)為信息碼元。碼字包括k個(gè)未改變的信息的信息部分，和奇偶校驗(yàn)的冗余檢測(cè)部分(n-k)或者編碼碼元。每個(gè)碼元包括m個(gè)比特，并且所有操作都在GF(2m)上連續(xù)進(jìn)行。長度n由n≤2m-1界定。換言之，每碼元的比特的個(gè)數(shù)決定最長的字長度。這個(gè)碼的最小距離等于dmin=(n-k)+1。本說明書使用縮寫GF(24)的RS[N，K，dmin]碼代表這個(gè)里德-所羅門碼。
如果接收到一個(gè)具有fr個(gè)隨機(jī)碼元差錯(cuò)和fe個(gè)碼元?jiǎng)h除的RS[N，K，dmin]碼的碼字，只要2fr+fe＜dmin，就能夠校正隨機(jī)差錯(cuò)和刪除的任意的組合。注意如果一個(gè)碼元包括4比特，則這個(gè)碼元中的差錯(cuò)可以出現(xiàn)在這個(gè)碼元的1至4個(gè)比特上(這對(duì)應(yīng)于1至4個(gè)比特差錯(cuò))，但是，為了解碼的目的，這些類型的差錯(cuò)的每個(gè)僅對(duì)應(yīng)于單一的碼元差錯(cuò)。由于內(nèi)部故障所得到的差錯(cuò)的類型是面向字節(jié)的(byte-oriented)并且可以出現(xiàn)在3個(gè)字節(jié)的塊中。使用系統(tǒng)交織策略，就能夠得到一個(gè)構(gòu)型，這里對(duì)于每個(gè)差錯(cuò)事件該短塊中差錯(cuò)的個(gè)數(shù)是有限的。因此，最多差錯(cuò)事件是面向字節(jié)的，這對(duì)于保持字節(jié)對(duì)齊是很重要的。
一個(gè)可能的實(shí)施方案是把每個(gè)輸入OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)中每組48信息字節(jié)分成6塊8個(gè)信息字節(jié)，每塊由GF(28)的RS[12，8，5]碼保護(hù)。更加吸引人的方案是把每組8個(gè)信息字節(jié)進(jìn)一步分成兩組4-比特碼元，使用GF(24)的RS[12，8，5]碼。執(zhí)行GF(24)而不是GF(28)上的操作的優(yōu)點(diǎn)在于乘法和除法將需要更少的門數(shù)量和更少的延滯時(shí)間。這樣就可以在一個(gè)時(shí)鐘周期之內(nèi)進(jìn)行幾個(gè)操作。具體來說，在GF(28)中乘法和除法將需要多達(dá)2倍的門，并且延滯時(shí)間也更長。
使用GF(28)上的具有更長塊長度的RS碼并沒有好處，諸如使用RS[24，16，9]碼、RS[36，24，13]碼或者RS[72，48，25]碼，這是因?yàn)椴铄e(cuò)和刪除的數(shù)量與碼的長度成線性，而，與此同時(shí)該RS解碼器就變得更加復(fù)雜。由于短碼的最短距離小，因此可以采用直接推導(dǎo)方法而不是算法推導(dǎo)的方法。如果不得不校正多于兩個(gè)差錯(cuò)，可以使用Massey-Berlekamp算法和Chien search。
GF(24)的RS[12，8，5]碼的使用允許解碼器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的復(fù)雜度可以相對(duì)簡單并且延滯時(shí)間將更短。因此就更有利于使用并行結(jié)構(gòu)的可以流水線化(pipelined)的編碼器和解碼器。
在下一段中，說明GF(24)的RS[12，8，5]碼的特殊實(shí)施方案，并且規(guī)定了針對(duì)這個(gè)RS碼的編碼器和解碼器的操作。一種高度并行的短的、系統(tǒng)地交織的里德-所羅門碼的結(jié)構(gòu)允許校正隨機(jī)差錯(cuò)并且定位差錯(cuò)(刪除)并且標(biāo)識(shí)出潛在的故障。通過并行地使用多重流水線(multiple pipelined)編碼器和解碼器，就可以獲得所需要的非常高速度的信道的吞吐量。
GF(24)上的里德-所羅門[12，8，5]碼在一個(gè)實(shí)施例中，使用一種12碼元的字長的具有來自所羅門域GF(24)的碼元的里德-所羅門碼，其中8個(gè)碼元是信息碼元。這個(gè)碼的最小距離dmin是5。該域GF(24)是由本原多項(xiàng)式p(X)X4+X+1所構(gòu)成的GF(24)的擴(kuò)展域。通常由指數(shù)、多項(xiàng)式或者二進(jìn)制表示GF(24)的單元(見表1)。為了完整，給出了16進(jìn)制表示式，但并不常用。
基本運(yùn)算通常按照二進(jìn)制4元組的形式規(guī)定GF(24)的單元的相加、相乘和求反。用二進(jìn)制4元組表示單元A∈GF(24)，即A=(a3，a2，a1，a0)，這里ai∈GF(24)。單元A，B∈GF(24)的相加由下式得出(a3+b3，a2+b2，a1+b1，a0+b0)這里運(yùn)算符“+”表示模2相加。很清楚在GF(24)上這些單元的相加僅需要4個(gè)XOR門。
兩個(gè)單元A，BGF(24)的GF(24)上的C=A.B的乘法由下式得出 這些等式的直通完成需要16個(gè)AND和15個(gè)XOR門并且有TAND+3TXOR的延時(shí)。
同樣，單元A∈GF(24)的求反是由下式得出 利用10個(gè)AND門和15個(gè)XOR門實(shí)現(xiàn)這個(gè)運(yùn)算。
針對(duì)任何A，B∈GF(24)，除法等于一個(gè)乘法和一個(gè)求反，即，A／B=A.B-1。
任意單元B=(b3，b2，b1，b0)∈GF(24)的GF(24)上的乘方B2、B3和B4，等同地由B=b3α3+b2α2+b1α1+b0來表示，由下面得出B2=b3α6+b2α4+b1α2+b0=b3α3+(b1+b3)α2+b2α+(b0+b2)B3=b3α9+b2α6+b1α3+b0=(b1+b2+b3+b1b3+b2b3)a3+(b2+b0(b1+b2+b3)+b1(b2+b3)+b2b3)α2+(b3+b0(b1+b2)+b2b3)α+(b0+b1(b2+b3)+b0b2)B4=b3a12+b2a8+b1a4+b0=b3α3+(b2+b3)α2+(b1+b2)α+(b0+b1+b2+b3)這些運(yùn)算表明加法是硬件形式中最便宜的操作，而除法是最貴的操作。確定一個(gè)單元的乘方比兩個(gè)單元相乘更容易。一個(gè)單元與一個(gè)常數(shù)相乘也比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的乘法運(yùn)算更便宜?；揪幋a器/解碼器結(jié)構(gòu)用u(X)=Uk-1Xk-1+....+U1X+U0表示按照多項(xiàng)式表示法的源字。該編碼器形成這個(gè)碼字c(X)=u(X).Xn-k(u(X).Xn-kmodg(X))。GF(24)上的RS[12，8，5]碼的生成元多項(xiàng)式由下式得出g(X)=(X+α)(X+α2)(X+α3)(X+α4)=X4+(α4+α3+α2+α1)X3+(α7+α6+α4+α3)X2+(α9+α8+α7+α6)X+α10=X4+α13X3+α6X2+α3X+α10設(shè)r(X)是接收的矢量。則由e(X)=r(X).c(X)得出差錯(cuò)矢量。圖3示出編碼器(302)和解碼器(304)的高級(jí)方框圖。下面分段詳細(xì)說明GF(24)上的RS[12，8，5]碼的編碼器和解碼器的運(yùn)算。編碼器結(jié)構(gòu)該編碼器確定了u(X).Xn-kmodg(X)。利用反饋移位寄存器能夠串行地實(shí)現(xiàn)它。圖4示出編碼器302的構(gòu)形。寄存器R0、R1、R2、和R3是4比特存儲(chǔ)單元，利用它們存儲(chǔ)中間計(jì)算的結(jié)。設(shè)時(shí)間i處寄存器Ri表示為Rj(i)。開始，Rj=Rj(0)=0。8個(gè)時(shí)鐘周期之后，該寄存器包括4個(gè)奇偶校驗(yàn)符，并且能夠形成碼字。注意，Cj=Rj(8)，0≤j≤3。應(yīng)當(dāng)注意到編碼器中的常數(shù)乘法器402比標(biāo)準(zhǔn)的乘法更加簡單。
設(shè)計(jì)一個(gè)能夠以相同的時(shí)間執(zhí)行兩個(gè)步驟的編碼器是可以的?？紤]下面遞推關(guān)系組R0(i+2)=(R3(i)+Uk-j-1).α8+(R2(i)+Uk-j-2).α10R1(i+2)=(R3(i)+Uk-j-1).α8+(R2(i)+Uk-j-2).α3R2(i+2)=(R3(i)+Uk-j-1).α7+(R2(i)+Uk-j-2).α6+R0(i)R3(i+2)=(R3(i)+Uk-j-1).α1+(R2(i)+Uk-j-2).α13+R1(i)在這個(gè)遞推關(guān)系組中，對(duì)于奇數(shù)i，不必確定值Rj(i)。因此可以在4個(gè)而不是8個(gè)時(shí)鐘周期中確定Rj(8)。由于等式組有多個(gè)共同項(xiàng)，則相應(yīng)電路將有少量的邏輯門和短的延滯時(shí)間。按照類似的方式，還可以推導(dǎo)出一組遞推關(guān)系組，其中可以在一個(gè)時(shí)鐘周期完成大量的步聚解碼體系結(jié)構(gòu)把GF(24)的給出的RS[12，8，5]碼的解碼器(圖3中的304)設(shè)計(jì)成只要2fr+fe＜5，該解碼器就能夠校正任意fr隨機(jī)誤差和fe刪除的組合。讓ft=fr+fe代表差錯(cuò)個(gè)數(shù)。則差錯(cuò)矢量e(X)=r(X).c(X)就可以寫為e(X)=Σi=1ftEPiXPi]]>其中pi，1≤i≤ft，表示第i個(gè)差錯(cuò)的差錯(cuò)位置的索引。
目標(biāo)是通過利用校驗(yàn)值S1至S4確定差錯(cuò)矢量，由下式確定每個(gè)校驗(yàn)值S1至S4Sj=r(αj)=c(αj)+e(αj)=Σi=1ftEPt(αj)Pt=Σi=1ftViPij]]>其中Vi=E表示位置pi處的差錯(cuò)值，而Pi=αPi表示指數(shù)表達(dá)式的差錯(cuò)位置的索引。使用域單元Pi=αPi比使用整數(shù)Pi更便于表征差錯(cuò)位置。在Pi與αPi之間有一一映射的關(guān)系，因此兩個(gè)等式是等效的。
可校正差錯(cuò)的最大數(shù)量fr的值等于dmin-1=n-k如果存在fe個(gè)刪除，則只要fr≤(dmin-fe-1)／2，就可以校正fr個(gè)附加隨機(jī)差錯(cuò)。這就需要解決ft=fe+fr／2。
圖5示出GF(24)的給出的RS[12，8，5]碼的解碼器304的構(gòu)形。該解碼器有對(duì)應(yīng)于4個(gè)處理級(jí)的4個(gè)模式。在第一級(jí)中，校驗(yàn)計(jì)算裝置(即，計(jì)算器)502確定校驗(yàn)值。在第二級(jí)中，差錯(cuò)位置計(jì)算裝置504確定差錯(cuò)位置，而在第三級(jí)中，差錯(cuò)值計(jì)算裝置506確定其相應(yīng)差錯(cuò)值。在第四級(jí)中，如果計(jì)算的參數(shù)是常數(shù)，如果有差錯(cuò)，則糾錯(cuò)模式508校正差錯(cuò)。出錯(cuò)計(jì)算解碼器中的第一步驟是為給出的所接收到的矢量r(X)確定校驗(yàn)位S1、S2、S3和S4。通過估算下式確定校驗(yàn)SjSj=r(αj)=Σi=0n-1Ri·α1-j]]>讓s(0)j=Rn-1和s(i)j=αj·S(i-1)j+Rn-i-1，則很容易驗(yàn)證Sj=S(n-1)j。這就證明在n個(gè)連續(xù)步驟中能夠計(jì)算這些校驗(yàn)位S1、S2、S3和S4。這些校驗(yàn)位的基本運(yùn)算是α·B、α2·B、α3·B和α4·B，其中B=(b3，b2，b1，b3)可以被相等地表示成B=b3α3+b2α2+b1α1+b0，B=(b3，b2，b1，b3)就是GF(24)的任意單元。得出下列表達(dá)式α1·B=b3α4+b2α3+b1α2+b0α1=b2α3+b1α2+(b0+b3)α1+b3α2·B=b2α4+b1α3+(b0+b3)α2+b3α=b1α3+(b0+b3)α2+(b2+b3)α1+b2α3·B=b1α4+(b0+b3)α3+(b2+b3)α2+b2α=(b0+b3)α3+(b2+b3)α2+(b1+b2)α1+b1α4·B=(b0+b3)α4+(b2+b3)α3+(b1+b3)α2+b1α1=(b2+b3)α3+(b1+b2)α2+(b0+b1+b3)α1+(b0+b3)這些等式的順向?qū)嵤┑贸隽藞D6至9所示的校驗(yàn)位形成電路。圖6示的電路用于計(jì)算校驗(yàn)位S(i)1=α·B+C，其中B=S(i-1)1和C=Rn-i-1。圖7示的電路用于計(jì)算校驗(yàn)位S(i)2=α·B+C，其中B=S(i-1)2和C=Rn-i-1。圖8示的電路用于計(jì)算校驗(yàn)位S(i)3=α3·B+C，其中B=S(i-1)3和C=Rn-i-1。圖9示的電路用于計(jì)算校驗(yàn)位S(i)4=α4·B+C，其中B=S(i-1)4和C=Rn-i-1。
校驗(yàn)位S1滿足遞推關(guān)系S(i)1=α·S(i-1)1+Rn-i-1。通過擴(kuò)展這個(gè)遞推關(guān)系就能夠使用更少的步驟確定這個(gè)校驗(yàn)位Sij=αj·S(i-1)j+Rn-i-1=αj·(αj·S(i-2)j+Rn-i-2)+Rn-i-1=αj·(αj·(αj·S(i-3)j+Rn-i-3)+Rn-i-2)+Rn-i-1=α3j·S(i-3)j+α2j·Rn-i-3+αj·Rn-i-2+Rn-i-1在這個(gè)遞推關(guān)系中，利用4步驟而不是12步驟就能夠確定這個(gè)值S(12)j。使S1j=S(i)j，和Sj=S(i-3)j，并且用C、B和A分別代表接收到的值Rn-i-3，Rn-i-2，和Rn-i-1?，F(xiàn)在我們就得到了S＇j=Sj·α3j+C·α2j+B·αj+A?，F(xiàn)在S1、S2、S3和S4的遞推關(guān)系式可以重寫為 由于這些等式有許多相同項(xiàng)，因此響應(yīng)優(yōu)選的電路也將只有更少的邏輯門和短的延滯時(shí)間。差錯(cuò)位置計(jì)算如果有刪除fe的話，解碼器應(yīng)當(dāng)知道刪除fe的數(shù)量和刪除的位置。根據(jù)刪除的實(shí)際數(shù)量，就能夠?qū)懗霰仨毥鉀Q的一組等式。由下式得出再次調(diào)用校驗(yàn)位Siw=Σj=1ftPji·Vj]]>其中Pj是差錯(cuò)定位的指數(shù)表示，而Vj是在此處的差錯(cuò)值?？尚Ｕ铄e(cuò)的最大數(shù)量fr的值等于dmin-1=n-k。如果存在fe刪除，并且fr≤(dmin-fe-1)/2隨機(jī)差錯(cuò)，這就不得不解決ft=fe+fr/2。如果存在fe刪除，當(dāng)1≤j≤fe時(shí)，值Pj就是0。當(dāng)4-fe+1≤j≤4時(shí)，值Pi應(yīng)當(dāng)是非0的、是不同的并且在α0……α11的范圍之內(nèi)。因?yàn)橹礷e等于當(dāng)Pj=0時(shí)的j的最大值，所以很容易恢復(fù)值fe?？紤]下面情況情況A如果S1=S2=S3=S4=0，則不存在差錯(cuò)，并且P1=P2=P3=P4=0。
情況B否則，如果fe=0，并且S1S3≠S23，則存在兩個(gè)差錯(cuò)(fr=2)。讓K=(k3，k2，k1，k0)，表示出由下式可以定義一個(gè)輔助變量K=(S2S4+S32)(S1S3+S22)(S1S4+S2S3)2]]>如果k3=1，則出現(xiàn)了一個(gè)不可校正的差錯(cuò)，并且將增加差錯(cuò)標(biāo)記。另一方面，如果k3=0，則位置P1和P3處出現(xiàn)了兩個(gè)差錯(cuò)，由下式得出位置P1和P3P1=S1S4+S2S3S1S3+S22Q]]>P2=P1+S1S4+S2S3S1S3+S22]]>其中，Q=(q3，q2，q1，q0)=(k1+k2，k0，k0+k0，0)如果P1和P3不是有效的位置，則將增加差錯(cuò)標(biāo)記。
情況C否則，如果0≤fe≤2，如果P3(P4S1+S2)≠P4S2+S3，則在下面位置處就有一個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)P2=P3(P4S2+S3)+P4S3+S4P3(P4S1+S2)+P4S2+S3]]>而P1=0。如果P2不是有效的位置，或者如果P3(P4S1+S2)=P4S2+S3，則將增加差錯(cuò)標(biāo)記。
情況D否則，如果3≤fe≤4，就不能校正任意額外隨機(jī)差錯(cuò)。
計(jì)算這些差錯(cuò)位置可能需要最多3個(gè)時(shí)鐘周期。這就使得流水線化裝配解碼器的不同級(jí)成為可能(例如，每級(jí)使用3個(gè)時(shí)鐘周期)并且因此減少了解碼器的數(shù)量。結(jié)果的驗(yàn)證如果超出了糾錯(cuò)能力，即，當(dāng)ft=2fr+fe≥dmin，就經(jīng)常能夠檢測(cè)到差錯(cuò)并且增加差錯(cuò)標(biāo)記。當(dāng)已經(jīng)計(jì)算出了差錯(cuò)位置和相應(yīng)差錯(cuò)值時(shí)，通過利用下面4個(gè)等式重新計(jì)算校驗(yàn)位，就很容易地檢驗(yàn)該結(jié)果的一致性S1′=Σj=tfiPji·Vj]]>并且把這些值與原始校驗(yàn)位比較。如果有不匹配，將增加差錯(cuò)標(biāo)記，以表明出現(xiàn)有不可校正的差錯(cuò)。
另外，由于該碼長12，因此差錯(cuò)位置Pi不得不對(duì)應(yīng)于在范圍0≤Pi≤11之內(nèi)的差錯(cuò)索引Pi，這包括了該P(yáng)i值α12，α13，和α14。讓(c3，c2，c1，c0)代表一個(gè)設(shè)定的Pi的二進(jìn)制表示式。則如果并且只有c0ANDc3AND((NOTc1)ORc2)=0，Pi就在這個(gè)恰當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)。差錯(cuò)值計(jì)算已經(jīng)確定了差錯(cuò)的位置之后，使用下式就能夠計(jì)算對(duì)應(yīng)的差錯(cuò)值V1，V2，V3和V4V1=P2(P3(P4S1+S2)+(P4S2+S3))+P3(P4S2+S3)+(P4S3+S4)P1(P1+P2)(P1+P3)(P1+P4)]]>V2=P3(P4S1+S2)+(P4S2+S3)+P1(P1+P3)(P1+P4)P2(P2+P3)(P2+P4)]]>V3=P4S1+S2+P1(P1+P4)V1+P2(P2+P4)V2P3(P3+P4)]]>V4=S1+P1V1+P2V2+P3V3P4]]>這個(gè)方法要求連續(xù)計(jì)算V1直至V4。另外一種方法還可以使用下面一組等式來分別地并且并行地確定V1至V4的值V1=P2(P3(P4S1+S2)+(P4S2+S3))+P3(P4S2+S3)+(P4S3+S4)P1(P1+P2)(P1+P3)(P1+P4)]]>V2=P1(P3(P4S1+S2)+(P4S2+S3))+P3(P4S2+S3)+(P4S3+S4)P2(P2+P3)(P2+P4)(P2+P1)]]>V3=P4(P2(P1S1+S3)+(P1S2+S3))+P2(P1S2+S3)+(P1s3+S4)P3(P1+P3)(P2+P3)(P3+P4)]]>V4=P3(P2(P1S1+S2)+(P1S2+S3))+P2(P1S2+S3)+(P1S3+s4)P4(P1+P4)(P2+P4)(P3+P4)]]>表達(dá)式V1和V2與表達(dá)式V3和V4是相似的。這樣就能夠探索減少實(shí)際計(jì)算所需要的操作的數(shù)量。在3個(gè)甚至更少的時(shí)鐘周期內(nèi)應(yīng)當(dāng)可以估算出這些等式的。糾錯(cuò)經(jīng)過確定差錯(cuò)位置和相應(yīng)的差錯(cuò)值之后，假設(shè)這些結(jié)果是一致的，就能夠在解碼器的輸出端校正這些差錯(cuò)。但這并不是指當(dāng)在成對(duì)的解碼器之一中差錯(cuò)標(biāo)記是增加的情況。在這種情況下，該糾錯(cuò)單元指示出現(xiàn)了不可糾錯(cuò)的差錯(cuò)和失敗的糾錯(cuò)，以避免導(dǎo)致進(jìn)一步的差錯(cuò)。如果解碼器沒有檢測(cè)任何不一致，則該校正的字w被保證將成為一個(gè)碼字，而當(dāng)還沒有超出糾錯(cuò)能力時(shí)，w=u。圖10示出了糾錨模塊508的一個(gè)結(jié)構(gòu)。
用α11=1100初始化包括有α1的寄存器1002。通過把寄存器1104的內(nèi)容乘以α-1來更改寄存器1002。等式B·α-1?？梢员幌嗟鹊乇硎境葿=b3α3+b2α2+b1α1+b0，其中B=(b3，b2，b1，b0)，等式B·α-1是GF(24)的任意的單元。它可以被容易地重寫成α-1·B=b3α2+b2α1+b1α0+b0α-1=b3α2+b2α1+b1α0+b0α14=b0α3+b3α2+b2α+(b0+b1)位置值Pi與αi相比(在單元1006)。因?yàn)镻j=αPj，因此如果并且只要i=Pj，則就把差錯(cuò)值Vj加到所接收到的Yi。該電路校正8個(gè)信息碼元將需要8個(gè)時(shí)鐘周期。還可以把該電路改變成在一個(gè)時(shí)鐘周期之內(nèi)進(jìn)行2至更多的步驟。
圖11中示出了兩個(gè)成對(duì)的解碼器的一個(gè)可能的結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)解碼器(A和B)交換有關(guān)結(jié)果的一致性的信息。另外，兩個(gè)解碼器都把最新計(jì)算的差錯(cuò)位置P1和P2送回刪除位置模塊1102，以更新該刪除位置。另外，還送回一個(gè)4比特控制信號(hào)，它表示在位置Pi處值Vi是非零的值。這個(gè)信息可被用來說明將要成為刪除的位置，并且只要在這些位置上有規(guī)律地出現(xiàn)差錯(cuò)就將要繼續(xù)被看成是刪除。在圖11中，長劃線表示控制信號(hào)，這些控制信號(hào)表示是否已經(jīng)檢測(cè)到不一致性。點(diǎn)劃線表示4比特控制信號(hào)。交換機(jī)舉例這一節(jié)說明了本發(fā)明的支持1024輸入和輸出OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的一個(gè)1024×1024交換機(jī)特殊實(shí)施例。OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)是光信號(hào)，對(duì)應(yīng)于按照2.488千兆/秒(Gb/s)速度傳輸?shù)腟ONET STS-48數(shù)據(jù)制式。
圖12示出依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的1024×1024交換機(jī)1200的高級(jí)方框圖。交換機(jī)1200包括64個(gè)設(shè)備接口(FI)模塊1202，這些設(shè)備接口(FI)模塊1202與1024×1024分布式同步交換結(jié)構(gòu)1204相互光耦合連接，該交換結(jié)構(gòu)1204包括24個(gè)交換模塊1206，每個(gè)交換模塊包括了在該交換結(jié)構(gòu)1204中全部72個(gè)交換單元1208中的3個(gè)。每個(gè)64FI模塊1202掌握全部1024個(gè)輸入和輸出OC-48信號(hào)中16個(gè)輸入和輸出OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)。
容錯(cuò)管理技術(shù)通過采用GF(24)上的里德-所羅門碼，為交換機(jī)1200在起始于編碼器終止于解碼器的傳輸路徑中的恢復(fù)的設(shè)備故障的事件中提供無錯(cuò)傳輸保障。在這個(gè)方案中，位于FI模塊1202中的一個(gè)里德-所羅門編碼器根據(jù)信息碼元生成編碼碼元(code symbol)。由于這種編碼是系統(tǒng)的因此信息碼元不被改變。在交換機(jī)1200中，通過分離的傳輸信道傳輸信息碼元和糾錯(cuò)碼，以使由于設(shè)備故障所造成的影響的碼元數(shù)量最小并且支持無錯(cuò)傳輸。參考圖12，使用了48個(gè)交換單元1208對(duì)信息碼元進(jìn)行路由，同時(shí)，使用了24個(gè)交換單元1208對(duì)編碼碼元進(jìn)行路由。在出口(即，輸出)方向中，根據(jù)這些已路由的信息和編碼碼元，F(xiàn)I模塊1202中的每個(gè)解碼器檢測(cè)并且校正差錯(cuò)。請(qǐng)注意這些信息和編碼碼元達(dá)到解碼器之前是經(jīng)過物理分布式電纜和交換單元的。當(dāng)任何交換單元1208和/或相關(guān)的交換模塊1206出現(xiàn)故障的情況下，該相關(guān)的碼元將或者出錯(cuò)或者完全丟失。但是，如果出錯(cuò)的碼元的數(shù)量沒有超出RS[12，8，5]碼的糾錯(cuò)能力，則根據(jù)剩下的未出錯(cuò)的信息和編碼碼元，解碼器就能夠重新計(jì)算丟失的信息或者碼元，從而保證無差錯(cuò)傳輸。在那種情況下，因?yàn)槊總€(gè)解碼器都持續(xù)地檢查并且校正差錯(cuò)，因此就沒有傳輸差錯(cuò)。
圖13示出在圖12的交換機(jī)1200的輸入端對(duì)4輸入OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)所進(jìn)行的處理的方框圖。如圖13所示，有4編碼器1302、混洗塊1304和1∶72切片操作1306，作用于每組4輸入OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)。每個(gè)編碼器1302為相應(yīng)的OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)中每48信息字節(jié)，產(chǎn)生72字節(jié)的編碼的數(shù)據(jù)?；煜磯K1304為所有4編碼器1302混洗72字節(jié)的已編碼的數(shù)據(jù)，輸出兩組144字節(jié)。切片操作(slicingfunction)1306劃分這些得到的已混洗的數(shù)據(jù)，把4字節(jié)的數(shù)據(jù)(一個(gè)對(duì)應(yīng)于來自每個(gè)4輸入OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的字節(jié))分配給圖12的72個(gè)交換單元1208的每一個(gè)。在交換機(jī)1200的一個(gè)實(shí)施例中，1∶72切片操作1306被設(shè)計(jì)成使用1∶24切片器后面跟著1∶3最后切片器，其中1∶24切片器是FI模塊1202的一部分，而1∶3最后切片器是交換結(jié)構(gòu)1204的一部分。
圖14和表2示出圖13的用于相應(yīng)的輸入OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼器1302的每個(gè)所進(jìn)行的處理的過程。請(qǐng)注意使用SONET(同步光纖網(wǎng)絡(luò))，SONET通常把在STS-48中48個(gè)連續(xù)串行字節(jié)編號(hào)為(1，4，7，10，13，16，19，22，25，28，31，34，37，40，43，46，2，5，8，11，14，17，20，23，26，29，32，35，38，41，44，47，3，6，9，12，15，18，21，24，27，30，33，36，39，42，45，48)。如圖14所示，1∶2切片器1402把來自O(shè)C-48數(shù)據(jù)信號(hào)的每組48信息字節(jié)分成2組組a包括字節(jié)1-24，組b包括字節(jié)25-48。字節(jié)重排器1404a把字節(jié)1-24重新排列成3個(gè)8-字節(jié)組，如表2所示，組1包括信息字節(jié)(1，4，7，10，13，16，19，22)，組2包括字節(jié)(2，5，8，11，14，17，20，23)，而組3包括字節(jié)(3，6，9，12，15，18，21，24)。字節(jié)重排器1404b類似的把字節(jié)25-48重新排列成組4，5和6。
然后每組8個(gè)已重排的信息字節(jié)被一個(gè)相應(yīng)的字節(jié)切片器1406分成2塊八個(gè)4-比特信息碼元一個(gè)8碼元塊對(duì)應(yīng)于來自每個(gè)重新排列的信息字節(jié)的4個(gè)最高有效位(MSBs)，一個(gè)8碼元塊對(duì)應(yīng)于來自每個(gè)重新排列的信息字節(jié)的4個(gè)最低有效位(LSBs)。然后一個(gè)相應(yīng)的碼元編碼器1408對(duì)每個(gè)八4-比特信息碼元進(jìn)行編碼，加入了前節(jié)所述的GF(24)上的RS[12，8，5]碼，生成一組十二個(gè)4-比特已編碼的碼元，其中這12個(gè)4-比特已編碼的碼元中的8個(gè)對(duì)應(yīng)于原始的8個(gè)信息碼元，而余下的4個(gè)4-比特已編碼的碼元對(duì)應(yīng)于依據(jù)GF(24)上的RS[12，8，5]碼所生成的編碼碼元。圖14示出每個(gè)碼元編碼器1408的一種可能的結(jié)構(gòu)。
然后，該12個(gè)4-比特已編碼的碼元的每個(gè)對(duì)應(yīng)的成對(duì)的MSB和LSB組被逼近字節(jié)合并器1410合并成一個(gè)對(duì)應(yīng)的12字節(jié)的已編碼的數(shù)據(jù)的組，然后把它送到圖13的混洗塊1304。例如，如表2所示，針對(duì)字節(jié)重排器1404a所生成的第一組8個(gè)重新排列的信息字節(jié)，生成了編碼字節(jié)C1，C16，C7和C22，它們形成了一個(gè)已編碼的數(shù)據(jù)的12-字節(jié)組，并且類似地針對(duì)其它的表2所示的5組8個(gè)重新排列的信息字節(jié)。這樣，圖13中每個(gè)編碼器1302，針對(duì)來自相應(yīng)的OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的每組48信息字節(jié)，生成6組的12字節(jié)(或者72字節(jié)全部的)編碼的數(shù)據(jù)。
再次參考圖13，混洗塊1304包括兩塊(未示出)。這個(gè)第一塊混洗塊混洗由每個(gè)該4編碼器1302所產(chǎn)生的第一組的36字節(jié)的已編碼的數(shù)據(jù)，生成第一組144已混洗的編碼的字節(jié)。第二塊混洗塊類似地混洗由每個(gè)該4編碼器1302所產(chǎn)生的第二組的36字節(jié)的已編碼的數(shù)據(jù)，生成第二組144已混洗的編碼的字節(jié)。
圖15A-C示出圖13的混洗塊1304針對(duì)36個(gè)字節(jié)的已編碼的數(shù)據(jù)所進(jìn)行的處理過程，這個(gè)36個(gè)字節(jié)的已編碼的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于從每個(gè)該4OC-48數(shù)據(jù)流的第一24字節(jié)。圖15A示出標(biāo)識(shí)提供給混洗塊1304的已編碼的數(shù)據(jù)的排列的的地址的12×12矩陣，每個(gè)地址中的第一數(shù)標(biāo)識(shí)這個(gè)OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)，而第二數(shù)標(biāo)識(shí)表2中所列出的編碼的數(shù)據(jù)的字節(jié)。這樣，圖15A中第一個(gè)3行列應(yīng)于OC-48#1，第二個(gè)3行對(duì)應(yīng)于OC-48#2，依次類推。圖15C類似地示出標(biāo)識(shí)混洗塊1304所產(chǎn)生的已混洗的數(shù)據(jù)的字節(jié)的排列的的地址的12×12矩陣，如圖15C所示，混洗塊1304重新排列已編碼的數(shù)據(jù)，因此在第一行中出現(xiàn)針對(duì)全部OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)字節(jié)1-3，在第二行中出現(xiàn)針對(duì)全部OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)字節(jié)4-6，在第三行中出現(xiàn)針對(duì)全部OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼字節(jié)C1-C3，依次類推。
再次參考圖13，1∶72切片操作1306對(duì)混洗塊1304所產(chǎn)生的已編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，把已編碼的數(shù)據(jù)分配給圖12的72交換單元1208，因此每個(gè)交換單元1208接收針對(duì)每個(gè)1024OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的相同對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)的字節(jié)。即，一個(gè)圖12中的交換單元1208接收全部1024OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)字節(jié)1，另外一個(gè)交換單元1208接收全部1024OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)字節(jié)2，再另外一個(gè)交換單元1208接收全部1024OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)字節(jié)3，依次類推。
如圖12所示，在本方面的一個(gè)方案中，交換結(jié)構(gòu)1204包括24個(gè)交換模塊1206，每個(gè)交換模塊1206包括3個(gè)交換單元1208。在這個(gè)方案中，1∶72切片器可以設(shè)計(jì)為兩級(jí)在每個(gè)FI模塊1202之內(nèi)的1∶24切片器，后面跟著交換結(jié)構(gòu)1204之內(nèi)的對(duì)應(yīng)的進(jìn)一步1∶3切片器。依據(jù)-個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，混洗塊1304執(zhí)行一個(gè)混洗數(shù)據(jù)的處理，例如，如圖15C所示，該第七行標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的已編碼的數(shù)據(jù)的已混洗的字節(jié)的次序?yàn)槿?個(gè)OC-48信號(hào)的字節(jié)15，后面跟著全部4個(gè)OC-48信號(hào)的字節(jié)13，后面跟著全部4個(gè)OC-48信號(hào)的字節(jié)14(而不是“希望”的字節(jié)13，后面跟著字節(jié)14，后面跟著字節(jié)15的次序)。類似地，圖15C的第6、第8、第10、第11和第12行中的數(shù)據(jù)也示出了這樣的已混洗的數(shù)據(jù)。
這種混洗過程按照這樣的方式在字節(jié)72交換單元上分配已編碼的字節(jié)，即使多達(dá)6個(gè)該24不同的交換模塊1206不能正常操作，或者因?yàn)殡S機(jī)差錯(cuò)、災(zāi)難性故障或者恰好路由器維護(hù)的情況下，都能夠確保執(zhí)行糾錯(cuò)處理。圖15C中所示的混洗處理確保當(dāng)兩個(gè)交換單元出現(xiàn)故障的情況下任意信息塊中不超出2個(gè)字節(jié)受到影響。對(duì)于圖12的分布式交換結(jié)構(gòu)1204來說，這就意味著當(dāng)多達(dá)6個(gè)不同的交換模塊1206中它們的不同的交換單元1208出現(xiàn)故障時(shí)，交換機(jī)1200仍然能夠?yàn)槿?024OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)提供無出錯(cuò)交換。
圖16示出圖12的交換機(jī)1200的輸出端對(duì)每組輸出OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)所進(jìn)行的處理的方框圖。如圖16所示，72∶1合并操作1602、重排塊1604和解碼器1606，作用于4輸出OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的每組?？梢园押喜⒉僮?602設(shè)計(jì)成圖12的交換結(jié)構(gòu)1204的3∶1合并器，后面跟著FI模塊1202中24∶1合并器，這個(gè)合并操作1602倒置圖13的切片操作1306的1∶72的切片操作過程。類似地，重排塊1604逆向執(zhí)行圖13的混洗塊1304所進(jìn)行的混洗操作過程。而每個(gè)解碼器1606為每12-字節(jié)組的“未混洗”已編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行合適的里德-所羅門解碼處理，為對(duì)應(yīng)的輸出OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)生產(chǎn)相應(yīng)的8字節(jié)組的已糾錯(cuò)的信息數(shù)據(jù)。
圖17示出圖16的每個(gè)解碼器為相應(yīng)的輸出OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)所執(zhí)行的解碼處理的方框圖。如圖17所示，每個(gè)字節(jié)切片器1702接收來自圖16的重排塊1604的3組12字節(jié)的已編碼的數(shù)據(jù)，并且產(chǎn)生3組對(duì)應(yīng)的12個(gè)4-比特的MSB已編碼碼元和3組對(duì)應(yīng)的12個(gè)4-比特的LSB已編碼碼元。每個(gè)碼元解碼器1704為每組對(duì)應(yīng)12個(gè)4-比特的已編碼碼元提供GF(24)上RS[2，8，5]解碼處理，產(chǎn)生一組8個(gè)4-比特已糾錯(cuò)的信息碼元。圖5示出每個(gè)碼元解碼器1704的一個(gè)可能的結(jié)構(gòu)。
每個(gè)字節(jié)合并器1706合并不同組的8個(gè)已糾錯(cuò)的信息碼元的MSB和LSB，生產(chǎn)3塊8個(gè)已糾錯(cuò)的信息字節(jié)。字節(jié)裝配器1708a倒置圖14的字節(jié)重排器1404a所進(jìn)行的字節(jié)重排處理過程，產(chǎn)生已糾錯(cuò)的信息字節(jié)1-24，而字節(jié)裝配器1708b倒置圖14的字節(jié)重排器1404b所進(jìn)行的字節(jié)重排處理過程，產(chǎn)生已糾錯(cuò)的信息字節(jié)25-48。1∶2合并器1710合并這兩組已糾錯(cuò)的信息字節(jié)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于輸出OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的字節(jié)1-48。
參考圖13、14、16和17，某些部分針對(duì)對(duì)應(yīng)于單一的輸入或者輸出數(shù)據(jù)組的不同的中間數(shù)據(jù)組執(zhí)行相同的操作。例如，參考圖13，針對(duì)48輸入OC-48信息字節(jié)的每組，每個(gè)編碼器1302產(chǎn)生兩組36字節(jié)的編碼數(shù)據(jù)。來自編碼器的每組已編碼的數(shù)據(jù)，一個(gè)接一個(gè)地被混洗塊1304混洗。這樣，也可以認(rèn)為混洗塊1304執(zhí)行瞬時(shí)共享處理。類似地，結(jié)合圖14，每個(gè)字節(jié)切片器1406對(duì)3個(gè)不同的8-字節(jié)信息數(shù)據(jù)的塊執(zhí)行瞬時(shí)共享處理，每個(gè)碼元編碼器1408對(duì)3個(gè)不同組的碼元數(shù)據(jù)執(zhí)行瞬時(shí)共享處理，并且每個(gè)字節(jié)合并器1410對(duì)3個(gè)不同組的已編碼數(shù)據(jù)執(zhí)行瞬時(shí)共享處理。通過相同的方式，圖16的重排塊1604和圖17的字節(jié)切片器1702、字節(jié)解碼器1704以及字節(jié)合并器1706的每個(gè)，都執(zhí)行瞬時(shí)共享處理。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員都應(yīng)當(dāng)知道；類似于圖14的按照并行操作的4個(gè)范例的碼元編碼器1408，通過執(zhí)行其中每個(gè)部分都按照并行操作的多范例的處理，這種瞬時(shí)共享處理能夠被“完成”(roll out)。另一方面，當(dāng)與這種瞬時(shí)共享處理相關(guān)的延滯時(shí)間和緩沖是可以接受時(shí)，執(zhí)行瞬時(shí)共享處理還能夠被用于減少設(shè)計(jì)這個(gè)交換機(jī)所需要的的硬件的數(shù)量，因此，減少了交換機(jī)的造價(jià)、能量消耗、電路布局面積和/或全部尺寸。
在前面的討論中，僅關(guān)于輸入和輸出數(shù)據(jù)信號(hào)的某些子集(subset)(例如，僅前4個(gè)信號(hào))以及僅關(guān)于這些信號(hào)中的某些數(shù)據(jù)的子集(例如，僅前48字節(jié))，討論了本發(fā)明。但是應(yīng)當(dāng)知道按照類似的方式，這些討論還可以擴(kuò)展到這些信號(hào)中的余下的數(shù)據(jù)以及其他的輸入和輸出信號(hào)。
雖然已經(jīng)從1024×1024交換機(jī)角度說明了本發(fā)明，這個(gè)1024×1024交換機(jī)是以具有72個(gè)交換單元的分布式交換結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，能夠路由直至1024輸入和輸出OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)，但是任何本領(lǐng)域技術(shù)人員都應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明可以適用于其他應(yīng)用，包括那些具有不同數(shù)量的數(shù)據(jù)信號(hào)、不同類型的數(shù)據(jù)信號(hào)(包括非光纖信號(hào))以及不同數(shù)量的傳輸處理單元。
例如，在另一個(gè)實(shí)施方案中，相同72-單元交換結(jié)構(gòu)的單元能夠被用來完成一個(gè)256×256交換機(jī)，一個(gè)256×256交換機(jī)支持256個(gè)輸入和輸出OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)，除此之外，在這種情況下，將僅需要18個(gè)交換單元。在這種情況下，這些18交換單元的每個(gè)接收一組4個(gè)不同的針對(duì)256個(gè)輸入OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的相應(yīng)的編碼的字節(jié)。例如，第一交換單元可能接收每個(gè)輸入OC-48數(shù)據(jù)信號(hào)的前4字節(jié)。在這種情況下，每個(gè)交換單元都被分成4個(gè)交換象限(switch quadrant)，即其中每個(gè)四分之一處理一個(gè)碼元并且所有4個(gè)四分之一執(zhí)行相同的交換操作。在這樣的256×256交換機(jī)的實(shí)施例中，由于其中一個(gè)交換單元出現(xiàn)故障將會(huì)丟失4個(gè)碼元。因此，在這種情況下，為了增加故障覆蓋，使用與前面已說明的1024×1024交換機(jī)的圖15C的混洗相類似的混洗處理是非常重要的。與前面相同，混洗處理被用于確保為每個(gè)交換單元恰當(dāng)?shù)胤峙浯a元，因此糾錯(cuò)碼的能力不被超出。
應(yīng)當(dāng)更加清楚在不脫離由下面權(quán)利要求書所表達(dá)的本發(fā)明的范圍的情況下，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員都能夠?qū)Ρ景l(fā)明的那些為了使本發(fā)明的特征清楚而已經(jīng)說明并且顯示的細(xì)節(jié)、材料以及安排作出各種各樣的改變。
權(quán)利要求
1．一種傳輸數(shù)據(jù)流的方法，包括以下步驟(a)對(duì)輸入數(shù)據(jù)流中k-碼元原始數(shù)據(jù)字進(jìn)行編碼，生成n-碼元碼字，其中n是大于k的整數(shù)；(b)把每個(gè)n-碼元碼字分成多個(gè)碼字片；(c)沿多個(gè)并行路徑路由該碼字片經(jīng)過分布式傳輸設(shè)備，生成多個(gè)已路由的碼字片；(d)合并該多個(gè)已路由的碼字片，生成n-碼元巳路由的碼字；以及(e)解碼該n-碼元已路由的碼字，生成對(duì)應(yīng)于在輸入數(shù)據(jù)流中k-碼元原始數(shù)據(jù)字的輸出數(shù)據(jù)流的k-碼元已路由的數(shù)據(jù)字。
2．權(quán)利要求1的方法，其中碼字片的數(shù)量大于k。
3．權(quán)利要求2的方法，其中碼字片的數(shù)量是等于n。
4．權(quán)利要求1的方法，其中步驟(e)包括當(dāng)生成k-碼元已路由的數(shù)據(jù)字時(shí)校正在n-碼元已路由的碼字中的一個(gè)或多個(gè)差錯(cuò)以使該k-碼元已路由的數(shù)據(jù)字與該k-碼元原始數(shù)據(jù)字相同的步驟。
5．權(quán)利要求4的方法，其中步驟(e)包括校正在n-碼元已路由的碼字中的一個(gè)或多個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)的步驟。
6．權(quán)利要求5的方法，其中步驟(e)包括校正在n-碼元已路由的碼字中的兩個(gè)或更多個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)的步驟。
7．權(quán)利要求4的方法，其中步驟(e)包括校正在n-碼元已路由的碼字中的一個(gè)或更多個(gè)刪除的步驟。
8．權(quán)利要求7的方法，其中步驟(e)包括校正在n-碼元已路由的碼字中的兩個(gè)或更多個(gè)刪除的步驟。
9．權(quán)利要求4的方法，其中步驟(e)包括校正在n-碼元已路由的碼字中的一個(gè)或更多個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)和一個(gè)或更多個(gè)刪除的步驟。
10．權(quán)利要求1的方法，其中n少于2倍的k。
11．權(quán)利要求1的方法，其中每碼元的比特?cái)?shù)量少于8。
12．權(quán)利要求1的方法，其中針對(duì)不同的兩組數(shù)據(jù)并行地執(zhí)行步驟(a)和(e)第一組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)據(jù)流中每字節(jié)的4MSB，而第二組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)據(jù)流中每字節(jié)的4MSB。
13．權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)的編碼對(duì)應(yīng)于一個(gè)系統(tǒng)編碼方案。
14．權(quán)利要求13的方法，其中根據(jù)伽羅瓦域(24)上的里德-所羅門[12，8，5]碼，進(jìn)行步驟(a)的編碼和步驟(e)的解碼。
15．權(quán)利要求1的方法，其中每個(gè)碼字片被路由經(jīng)過該分布式傳輸設(shè)備中不同的處理單元。
16．權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)包括以下步驟(1)編碼來自兩個(gè)或更多的不同的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的對(duì)應(yīng)信息數(shù)據(jù)組，生成兩個(gè)或更多的對(duì)應(yīng)的已編碼的數(shù)據(jù)的組；以及(2)混洗該兩個(gè)或更多的對(duì)應(yīng)的已編碼的數(shù)據(jù)的組，形成一個(gè)已混洗的已編碼的數(shù)據(jù)的組，以便提高該分布式傳輸設(shè)備的糾錯(cuò)的覆蓋范圍。
17．權(quán)利要求16的方法，其中步驟(a)(1)包括編碼每組信息數(shù)據(jù)生成兩個(gè)或更多組已編碼的數(shù)據(jù)的步驟；及步驟(a)(2)包括利用瞬時(shí)共享方式混洗該兩個(gè)或更多組已編碼的數(shù)據(jù)的步驟。
18．權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)包括以下步驟(1)把一組輸入信息數(shù)據(jù)分成兩組；(2)重新排列每個(gè)已分的輸入信息數(shù)據(jù)組，生成一個(gè)或多個(gè)已重排的信息數(shù)據(jù)塊；(3)劃分每個(gè)已重排的信息數(shù)據(jù)塊，生成一組MSB信息碼元和一組LSB信息碼元；(4)獨(dú)立地編碼每個(gè)MSB信息碼元組和LSB信息碼元組，生成對(duì)應(yīng)的MSB已編碼的碼元組和LSB已編碼的碼元組；(5)合并對(duì)應(yīng)的MSB已編碼的碼元組和LSB已編碼的碼元組，生成一組已編碼的字節(jié)。
19．權(quán)利要求18的方法，其中步驟(3)和(4)對(duì)應(yīng)于瞬時(shí)共享操作。
20．權(quán)利要求1的方法，其中該分布式傳輸設(shè)備包括分布式交換結(jié)構(gòu)。
21．權(quán)利要求1的方法，還包括標(biāo)識(shí)該分布式傳輸設(shè)備中一個(gè)或多個(gè)失敗的處理單元的步驟。
22．一種傳輸數(shù)據(jù)流的設(shè)備，包括(a)對(duì)輸入數(shù)據(jù)流中k-碼元原始數(shù)據(jù)字進(jìn)行編碼生成n-碼元碼字的裝置，其中n是大于k的整數(shù)；(b)把每個(gè)n-碼元碼字分成多個(gè)碼字片的裝置；(c)沿多個(gè)并行路徑路由該碼字片經(jīng)過分布式傳輸設(shè)備生成多個(gè)已路由的碼字片的裝置；(d)合并這些多個(gè)已路由的碼字片，生成n-碼元已路由的碼字的裝置；以及(e)解碼該n-碼元已路由的碼字生成對(duì)應(yīng)于在輸入數(shù)據(jù)流中的k-碼元原始數(shù)據(jù)字的輸出數(shù)據(jù)流的k-碼元已路由的數(shù)據(jù)字的裝置。
23．一種傳輸數(shù)據(jù)流的設(shè)備，包括(a)一個(gè)或多個(gè)編碼器，被配置用于對(duì)輸入數(shù)據(jù)流中k-碼元原始數(shù)據(jù)字進(jìn)行編碼生成n-碼元碼字，其中n大于k；(b)一個(gè)或多個(gè)切片器，被配置用于把每個(gè)n-碼元碼字分成多個(gè)碼字片；(c)分布式傳輸設(shè)備，被配置用于沿多個(gè)并行路徑路由這些碼字片，生成多個(gè)已路由的碼字片；(d)一個(gè)或多個(gè)合并器，被配置用于合并該多個(gè)已路由的碼字片，生成n-碼元已路由的碼字；以及(e)一個(gè)或多個(gè)解碼器，被配置用于解碼該n-碼元已路由的碼字生成對(duì)應(yīng)于在輸入數(shù)據(jù)流中的k-碼元原始數(shù)據(jù)字的輸出數(shù)據(jù)流的k-碼元巳路由的數(shù)據(jù)字。
24．權(quán)利要求23的設(shè)備，其中碼字片的數(shù)量大于k。
25．權(quán)利要求24的設(shè)備，其中碼字片的數(shù)量等于n。
26．權(quán)利要求23的設(shè)備，其中每個(gè)解碼器被配置用于當(dāng)生成k-碼元已路由的數(shù)據(jù)字時(shí)校正在n-碼元已路由的碼字中的一個(gè)或更多個(gè)差錯(cuò)以使該k-碼元已路由的數(shù)據(jù)字等同于該k-碼元原始數(shù)據(jù)字。
27．權(quán)利要求26的設(shè)備，其中每個(gè)解碼器被配置用于校正在n-碼元已路由的碼字中的一個(gè)或更多個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)。
28．權(quán)利要求27的設(shè)備，其中每個(gè)解碼器被配置用于校正在n-碼元已路由的碼字中的兩個(gè)或更多個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)。
29．權(quán)利要求26的設(shè)備，其中每個(gè)解碼器被配置用于校正在n-碼元已路由的碼字中的一個(gè)或更多個(gè)刪除。
30．權(quán)利要求29的設(shè)備，其中每個(gè)解碼器被配置用于校正在n-碼元已路由的碼字中的兩個(gè)或更多個(gè)刪除。
31．權(quán)利要求26的設(shè)備，其中每個(gè)解碼器被配置用于校正在n-碼元已路由的碼字中的一個(gè)或更多個(gè)隨機(jī)差錯(cuò)和一個(gè)或更多個(gè)刪除。
32．權(quán)利要求23的設(shè)備，其中n少于2倍的k。
33．權(quán)利要求23的設(shè)備，其中每碼元的比特?cái)?shù)量少于8。
34．權(quán)利要求23的設(shè)備，其中每個(gè)編碼器被配置用于執(zhí)行一個(gè)系統(tǒng)編碼方案并且每個(gè)解碼器被配置用于執(zhí)行一個(gè)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)解碼方案。
35．權(quán)利要求34的設(shè)備，其中根據(jù)伽羅瓦域(24)上的里德-所羅門[12，8，5]碼，進(jìn)行該系統(tǒng)編碼和系統(tǒng)解碼方案。
36．權(quán)利要求23的設(shè)備，其中該分布式傳輸設(shè)備包括多個(gè)處理單元，每個(gè)處理單元路由不同的碼字片。
37．權(quán)利要求23的設(shè)備，其中每個(gè)編碼器包括(1)多個(gè)編碼器，被配置用于編碼來自兩個(gè)或更多的不同的輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中的對(duì)應(yīng)信息數(shù)據(jù)組，生成兩個(gè)或更多的對(duì)應(yīng)的已編碼的數(shù)據(jù)的組；以及(2)混洗塊，被配置用于混洗該兩個(gè)或更多的對(duì)應(yīng)的已編碼的數(shù)據(jù)的組，形成一個(gè)已混洗的已編碼的數(shù)據(jù)的組，以便提高該分布式傳輸設(shè)備的糾錯(cuò)的覆蓋范圍。
38．權(quán)利要求37的設(shè)備，其中每個(gè)編碼器，被配置用于處理每組信息數(shù)據(jù)生成兩個(gè)或更多組已編碼的數(shù)據(jù)；該混洗塊，被配置用于利用瞬時(shí)共享混洗該兩個(gè)或更多組已編碼的數(shù)據(jù)。
39．權(quán)利要求23的設(shè)備，其中每個(gè)編碼器包括(1)數(shù)據(jù)切片器，被配置用于把一組輸入信息數(shù)據(jù)分成兩組；(2)一個(gè)或多個(gè)字節(jié)重排裝置，被配置用于重新排列每個(gè)已分的輸入信息數(shù)據(jù)組，生成一個(gè)或多個(gè)已重排的信息數(shù)據(jù)塊；(3)一個(gè)或多個(gè)字節(jié)切片器，被配置用于劃分每個(gè)已重排的信息數(shù)據(jù)塊，生成一組MSB信息碼元和一組LSB信息碼元；(4)一個(gè)或多個(gè)碼元編碼器，被配置用于獨(dú)立地編碼每個(gè)MSB信息碼元組和LSB信息碼元組，生成對(duì)應(yīng)的MSB已編碼的碼元組和LSB已編碼的碼元組；(5)一個(gè)或多個(gè)字節(jié)合并器，被配置用于合并對(duì)應(yīng)的MSB已編碼的碼元組和LSB已編碼的碼元組，生成一組已編碼的字節(jié)。
40．權(quán)利要求39的設(shè)備，其中每個(gè)字節(jié)切片器和每個(gè)碼元編碼器執(zhí)行瞬時(shí)共享的操作。
41．權(quán)利要求23的設(shè)備，其中該分布式傳輸設(shè)備包括分布式交換結(jié)構(gòu)。
42．權(quán)利要求23的設(shè)備，來自該一個(gè)或多個(gè)解碼器的信息用于標(biāo)識(shí)該分布式傳輸設(shè)備中一個(gè)或多個(gè)失敗的處理單元。
全文摘要
對(duì)經(jīng)過諸如電信交換機(jī)的傳輸設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流施加差錯(cuò)控制編碼,這個(gè)電信交換機(jī)具有分布式同步交換結(jié)構(gòu)。每個(gè)K－碼元數(shù)據(jù)字被編碼成n－碼元碼字,然后被切片以便經(jīng)過這個(gè)傳輸設(shè)備進(jìn)行傳輸。路由之后,對(duì)得到的已路由的n－碼元碼字進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼,檢測(cè)并且糾正在碼字中的一個(gè)或多個(gè)差錯(cuò),產(chǎn)生k－碼元已路由的數(shù)據(jù)字,它與原始輸入數(shù)據(jù)字相同。根據(jù)編碼方案,能夠校正每個(gè)碼字中出現(xiàn)的不同類型的差錯(cuò)和差錯(cuò)的個(gè)數(shù)。在某些差錯(cuò)組合的情況下就能夠提供無差錯(cuò)容錯(cuò),確保傳輸處理準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)H04L1/22GK1283905SQ0010673
公開日2001年2月14日 申請(qǐng)日期2000年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月4日
發(fā)明者布哈拉特·P·達(dá)文, 阿德里安·J·范韋高爾登, 布里杰·B·加格, 詹姆斯·S·拉蘭楚克, 鮑里斯·B·斯蒂范奧夫, 盧蒂格·L·烏苯克 申請(qǐng)人:朗迅科技公司