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発明の名称 データ通信ビットストリーム結合・分離装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−44959(P2001−44959A)
公開日 平成13年2月16日(2001.2.16)
出願番号 特願2000−200406(P2000−200406)
出願日 平成12年7月3日(2000.7.3)
代理人 【識別番号】100078053
【弁理士】
【氏名又は名称】上野 英夫
発明者 ロバート・ジィ・メジア
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】第1のボーレートを有する第1および第2の入シリアルビットストリームを結合して、該第1のボーレートの周波数の約2倍の周波数の第2のボーレートを有する単一の結合ビットストリームにするデータ通信ビットストリーム結合器であって、前記入ビットストリームは両方ともフィルワードで分離されたデータビットを含むフレームとして編成され、前記第1のボーレートと公称上は同じ周波数である基本周波数を有し、該基本周波数において0度位相信号を生成し、該基本周波数において180度位相信号を生成し、該0度位相信号および180度位相信号の両方と位相が合った2倍の周波数の信号を発生するローカルクロック源と、第1および第2の同期ユニットであって、該第1の同期ユニットは前記0度位相信号および前記第1の入シリアルビットストリームを受信して、該第1のシリアルビットストリームのデータビットをすべて含む前記0度位相信号と同期したリフォーマットされた第1のビットストリームを出力し、前記第2の同期ユニットは、前記180度位相信号および前記第2の入シリアルビットストリームを受信して、該第2の入シリアルビットストリームのデータビットをすべて含む前記180度位相信号と同期したリフォーマットされた第2のビットストリームを出力する、第1および第2の同期ユニットと、前記リフォーマットされた第1および第2のビットストリームを受信し、これらを結合して、前記基本周波数の2倍のボーレートを有するとともに、前記リフォーマットされた第1および第2のビットストリームのすべてのビットを含む単一の結合ビットストリームにするインタリーバと、を備えて成る、データ通信ビットストリーム結合器。
【請求項2】それぞれが第1のボーレートを有する2n個(nはゼロ以外の整数)の入シリアルビットストリームを結合して、前記第1のボーレートの約2n倍の周波数の第2のボーレートを有する単一の結合ビットストリームにするデータ通信ビットストリーム結合器であって、前記すべての入ビットストリームは、フィルワードによって分離された、データビットを含むフレームとして編成され、前記第1のボーレートと公称上は同じ周波数である基本周波数を有するローカルクロック源であって、一つが前記基本周波数と0度位相関係にある、2n個の等間隔に位相のずれたクロック信号と、前記基本周波数の2n倍の周波数を有し、前記等間隔のクロック信号のそれぞれと位相が合っている結合クロック信号と、を発生するローカルクロック源と、それぞれが、異なる入シリアルビットストリームおよび前記等間隔のクロック信号のうちの1つを受信して、受信したクロック信号に同期したリフォーマットされたビットストリームを出力する2n個の同期ユニットと、前記2n個のリフォーマットされたビットストリームの各々を受信して、これらを両方とも結合して、前記基本周波数の2n倍のボーレートを有する単一の結合ビットストリームにするインタリーバと、を備えて成る、データ通信ビットストリーム結合器。
【請求項3】前記各同期ユニットが、前記入シリアルビットストリームの1つを受信する受信器と、該受信したビットストリームのスライディングウィンドウを格納するバッファと、該バッファがいつ最適に満たされた状態よりも少ないか、また該バッファが最適に満たされた状態よりも多いかを判定するオーバフィル/アンダーフィル検出論理と、フレームおよびフレーム間のフィルワードを検出するフォーマット検出論理と、前記バッファが最適に満たされた状態よりも少ないときには前記受信したビットストリームにフィルワードを付加し、前記バッファが最適に満たされた状態よりも多いときには前記受信したビットストリームからフィルワードを削除するリフォーマッタと、前記リフォーマットされたビットストリームを同期させて前記インタリーバに送信する送信器と、前記ローカルクロック源から受信した信号、前記オーバフィル/アンダーフィル検出論理、および前記フォーマット検出論理に応答して、前記リフォーマッタおよび前記送信器を制御する状態機械と、を備えて成る、請求項1または2に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【請求項4】データを前記リフォーマッタに送信する前に、前記バッファは部分的にだけ満たされており、これにより受信した入ビットストリームへの弾性を提供し、該受信した入ビットストリームのボーレートが前記ローカルクロック源の基本周波数の上側または下側のいずれかにおいてわずかに不整合しうることを特徴とする、請求項2または3に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【請求項5】前記リフォーマッタは、前記データストリームに対してフィルワードを付加するかまたは削除することにより、関連するクロック信号との大まかな同期を維持することを特徴とする、請求項4に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【請求項6】前記送信器は関連するクロック信号との精密な同期を確立することを特徴とする、請求項5に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【請求項7】前記インタリーバは、リフォーマットされた各ビットストリームから順次1ビットをとって、前記結合ビットストリームを形成することを特徴とする、請求項1または2に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【請求項8】一対の入ビットストリームを結合したものについて、該結合ビットストリームにおける奇数番号のビットは前記リフォーマットされたビットストリームの一方からのものであり、その偶数番号のビットはリフォーマットされたビットストリームの他方からのものであることを特徴とする、請求項1または2に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、伝送媒体を介してシリアルデータを伝送する技術に関する。本発明はまた、単一の伝送媒体上で複数のビットストリームを伝送するための方法に関し、さらに、ファイバチャネル通信および通信プロトコルに関する。
【0002】
【従来の技術】ファイバチャネル(FC)規格は、IPI(Intelligent Peripheral Interface)およびSCSI(小型コンピュータシステムインタフェース)コマンドセット、HIPPI(High-Performance Parallel Interface)データフレーミング、IP(インターネットプロトコル)、IEEE802.2、およびその他等の上位プロトコル用の汎用転送手段を提供する。プロプリエタリおよび他のコマンドセットもファイバチャネルを使用かつ共有しうるが、このような使用はファイバチャネル規格の一部として定義されていない。論理的には、ファイバチャネルは高性能能力のために構成された双方向ポイント・ツー・ポイントシリアルデータチャネルである。物理的には、ファイバチャネルは、ファブリックと呼ばれる交換網、調停ループ、またはポイント・ツー・ポイントリンクによって相互接続された、Nポート(N_Ports)と呼ばれる複数の通信ポイントの相互接続でありうる。ファイバという語は、ファイバチャネルによってサポートされるすべての物理的媒体、たとえば光ファイバ、撚り線対、および同軸ケーブル等を網羅するために用いられる一般的な用語である。
【0003】ファイバチャネル規格は、伝送用シリアルビットストリームのみを特定する。ファイバチャネルを介したノード間の転送は、バッファ間で起こる。第1のノードのバッファ(一般にRAMから構築される)に格納された情報は、該ノードに繋がった送信ポートから物理的媒体(すなわちファイバチャネル)を介して第2のノードの受信ポートに送信され、第2のノードのバッファに格納される。2つのポート間でのバッファコンテンツの転送の基本単位は、フレームである。フレームは、フレーム開始(SOF)ワード、マルチワードヘッダ、複数のデータワード、巡回冗長検査(CRC)ワード、およびフレーム終了(EOF)ワードからなる。
【0004】ファイバチャネルは、それぞれが1つのレベルとして記述される階層機能のセットとして構成される。最下位レベルであるFC−0(物理)は2つの構成要素、すなわちインタフェースと媒体とを有する。媒体構成要素は、ファイバ、コネクタ、ならびに様々なデータ転送速度についての光学および電気パラメータを定義する。同軸ケーブルおよび撚り線対のバージョンは、距離が限定された用途について定義される。インタフェース構成要素は、送信器、受信器、およびそれらのインタフェースからなる。次のレベル、すなわちFC−1(伝送コードおよびプロトコル)は、シリアル符号化、復号化、および誤り制御を含む伝送プロトコルを定義する。レベルFC−1の上位に位置するレベルFC−2(シグナリングプロトコル)は、フレーム構造およびバイトシーケンスを含むシグナリングプロトコルを定義する。次のレベルFC−3(共通サービス)は、ノードの複数のポートにわたって共通するサービスのセットを定義する。ファイバチャネル規格セットにおいて最上位レベルであるFC−4(マッピング)は、ファイバチャネルの下位レベルと、IPIおよびSCSIコマンドセット、HIPPIデータフレーミング、IPおよび他の上位レベルプロトコル(ULP)との間でのマッピングを定義する。
【0005】バッファは、0からnの番号が付けられたバイトの順序付き集合と考えることができる。バッファの実際の長さも、またバイトを格納するために使用される技術も、ファイバチャネル規格には定義されていない。格納されるバイトは、最初から始まって、変位(displacement)の増えていく順に(すなわち、低アドレスから高アドレスに)伝送される。
【0006】ファイバチャネルは、伝送された情報の誤り訂正を行わない。代わりに、不正確に受信した情報の誤り検出および再送信に専ら頼っている。そのため、第1のノードにおけるバッファに格納された情報は、第2のノードに正確に格納されたと決定されるまで、上書きされない。観察される光学媒体上のビット誤り率(BER)は10E16から10E24ビットに誤りが約1つあるように見えるが、これはファイバチャネル仕様の最大1E12要件内に十分収まるものである。BERが10E16ビットに誤りが1つというものであり、かつファイバチャネル規格の伝送速度が1.0625ギガボー/秒である場合、1089日間で約一度、リンクの一本のファイバに1つの誤りがあると予想される。ファイバチャネル上での情報バイトの順序付き送信および誤り検出の両方に備えるために、伝送された情報バイトが符号化される。ファイバチャネルは、適応8B/10Bコードを使用して情報を伝送する。コード規則によれば、データの各8ビットバイトを10ビットのデータ伝送文字に変換する必要がある。2つのタイプの伝送文字、すなわちデータ文字および特殊文字が定義される。特殊伝送文字は、伝送の最大ランレングスを特定し、またワード位置合わせを行うために使用される。
【0007】ファイバチャネルにおける8B/10B符号化方式は、「実行ディスパリティ」を利用して、受信した伝送文字における誤りの大部分を検出する。巡回冗長検査(CRC)は、実行ディスパリティによって検出されない誤りを検出するために使用される。実行ディスパリティとは、伝送コードが短期間に亘って均衡のとれた0および1を有しているという要件である。この均衡要件には、特別な符号化および復号化手順が必要である。データバイトによっては、0よりも多くの1を有する伝送文字に符号化されるものもあり、また1よりも多くの0を有するものもあり、さらに0と1の数が等しいものもある。バイトのストリングが、それぞれが0よりも多くの1を有する伝送文字に符号化される場合、伝送ストリームはすぐに不均衡になり、その結果、受信ノードにおいて誤りが検出される。ファイバチャネルが使用する8B/10Bアルゴリズムは、0と1の数が不均衡である文字について2つの符号化を行うことにより、この問題を解決する。たとえば、あるバイトが011011 0101bに符号化される場合、最初の6ビットは4つの1と2つの0を有し、不均衡である。同一のデータバイトについての補足または代替の符号化は100100 0101bであり、これは最初の6ビットにおいて2つの1と4つのゼロを有する。伝送中に均衡を維持するために、各不均衡伝送文字の直後には常に逆のディスパリティの文字が続く。受信ノードにおいて、同じ均衡コード規則が伝送文字の復号化に適用される。不均衡な伝送文字のパターンを復号化することは違法である。伝送された誤りの62パーセントは、実行ディスパリティ符号化方式を使用して検出することができる。ファイバチャネルはCRCによって、誤りの残り38パーセントを検出する。
【0008】8B/10B符号化方式は、実行ディスパリティ誤り検出の実施を容易にする他に、光ファイバの負荷についての光オン/オフ均衡(light on/off balance)、またはAC結合銅媒体の負荷についてのDC均衡にかかわらず、伝送均衡を維持するという追加の利点を有する。均等に均衡のとれたコード伝送により、受信器設計が容易になる。
【0009】8B/10B符号化方式では、1024の可能なパターン(210)すべてのなかで、伝送文字についての有効パターンは390しかない。数字390は以下のようにして導出されたものである。すなわち、256バイトパターン×2つのバリエーション=512。しかし、134個の符号化パターンは完全に均衡がとれているため、代替パターンは必要ではない:512−134=378。これら378個の伝送文字は、データ文字または略してD文字と呼ばれる。また、制御機能に使用される12個のK文字と呼ばれる特殊文字があり、これにより全部で390になる。
【0010】まとめて伝送される4つの文字からなる1単位は伝送ワードと呼ばれ、総計4×10、すなわち40ビットである。伝送ワードは、ファイバチャネルにおける最小の完全な伝送単位である。4つの伝送文字のうちの最初の伝送文字は、符号化バイトであっても、あるいは特殊文字であってもよい。残りの3つの伝送文字は、符号化バイトである。ファイバチャネルを渡って転送される情報は、常に4バイトの偶数倍であるわけではない。結果として、フレーミングプロトコルは、ノード間での伝送前に、フレームに埋め込みバイトまたは充填バイトを付加する手段を有する。埋め込みバイトは、受信ノードにおいてフレーミングプロトコルの一環として削除される。
【0011】特殊文字は、信号機能に使用される。8B/10B符号化アルゴリズムは、データバイトを10ビットの特殊文字の1つに有効に符号化できないよう保証する。ハードウェアによって容易に認識可能な1つの7ビット特殊パターンはカンマパターンと呼ばれる。この特殊ビットパターンは、同じ値が2ビット続いた後に反対の値が5ビット続く。これらのバイナリ値(すなわち、1100000または0011111)はいずれも全伝送文字ではない。カンマは、3つの特殊文字の最初の7ビットにおいて見出される。これらのカンマを含んだ特殊文字は、受信Nポートにおいて、特に伝送文字位置合わせおよび伝送ワード位置合わせの両方を達成するために使用される。
【0012】符号化プロセス中、各8ビットデータバイトは一方が3ビットでもう一方が5ビットである2つのフィールドに分割される。たとえば、16進法のバイト値B6、または1011 0110bは、101 10110bに分割される。新しい各フィールドは、10進(基数10)値である5および22に変換される。データバイトの記述フォーマットはDxx.yの形態であり、ここでy=5かつxx=22である。このようにデータバイトB6hは、D22.5としてD文字フォーマットで記述される。同様の技術を用いて、12個のK文字を記述する。
【0013】順序付き集合と呼ばれる、伝送文字の特定の集まりは、ファイバチャネル規格により特別な意味が与えられる。順序付き集合の各タイプごとに特別な名称がある。すなわち、プリミティブ信号、プリミティブシーケンス、およびフレーム区切り文字である。順序付き集合は、リンクをわたって流れるビットストリームに境界をマークする。また、順序付き集合は、符号化データバイトを使用して伝送不可能な特別な意味を有する。たとえば、宛先Nポートはフレームの開始および終了を検出可能でなければならない。ポートは、フレーム区切り文字間の伝送ワードを見つけることができなければならない。Idle(アイドル)と呼ばれるプリミティブ信号は、リンク上で有用な情報が伝送されていないことを示す。該信号は、リンクが動作状態であることを単に示すだけである。ReceiverReady(受信側準備完了)と呼ばれるプリミティブ信号は、受信ノードにおいてバッファ空間が解放され、別のフレームを送信できることを送信ノードに通知する。フロー制御は、この信号を広範囲にわたって使用する。ファイバチャネルの調停ループトポロジは、ファイバチャネルの調停ループトポロジ規格に定義された追加のプリミティブ信号およびプリミティブシーケンスを利用する。
【0014】プリミティブシーケンスは、適切な応答を受信するまで繰り返し送信される単一の伝送ワードである。プリミティブシーケンスは、あるポートに関連する具体的な状態(たとえば、オンライン、オフライン、非動作状態、リンクリセットおよびリンクリセット応答)を別のポートに信号で知らせる。プリミティブシーケンスの重要性により、プリミティブシーケンスの送受信に関して特別な規則が公式化されている。たとえば、ファイバチャネルでは、受信ポートが、連続した3つの同一伝送ワードを検出することでプリミティブシーケンスを確認する必要がある。
【0015】フレームの開始と終了を示すために使用されるフレーム区切り文字は、プリミティブ信号とは識別されないが、プリミティブ信号のように取り扱われる。しかし、各フレーム区切り文字の検出に必要なのは、ただ1つの伝送ワードだけである。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】通信リンクでのチャネル数は常に制限される。このため、情報フローは、2つの方法でしか増やすことができない。すなわち、情報のフロー速度を上げることにより、または利用可能なチャネル数を増やすことによってである。一般的に、チャネルを増やすよりもフロー速度を上げるほうがより経済的である。両方とも単一のファイバチャネル上で送信できるように、複数のシリアルデータストリームを多重化する方法が必要とされている。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、単一のファイバチャネル上で同時に送信できるように、複数のシリアルデータストリームを多重化および逆多重化(demultiplexing)するための方法および装置を提供する。ファイバチャネル(FC)は、他の多くのデータ通信システムのように、伝送されるシリアルデータストリームを同期させるために内蔵クロックを利用する。FCが、2のべき乗により相互関連する複数の伝送周波数(たとえば、531.25メガボー、1.0625ギガボー、2012.5ギガボー、4025ギガボー等)を利用するため、本発明は、2n(但しn=1,2,3,...)個のシリアルデータストリームを結合して、関連した高周波の単一データストリームにすることにより、多重化プロセスにおいてこの関係を利用する。複数のデータストリームを1つに多重化することにより、多重化されたデータを単一の媒体を介して伝送することができる。コスト要因により接続またはチャネルの数が制限される長距離用途では、利用可能なチャネルを通るデータフローを増大させることにより、データ伝送コストが低減される。
【0018】新しい多重化方法を、第1および第2のシリアルデータストリームの多重化に関して説明する。該データストリームは標準FC周波数の1つで受信されるが、ローカルクロック信号または互いに関して同期していると考えることはできない。わずかな非同期性でも、それがわずかな周波数差あるいは位相差の形態であるかに関わらず、2つのデータストリームの多重化における困難さをかなり増大してしまう。2つのデータストリームが互いに対して同期していない場合、データのオーバランおよびアンダーランが結果として生じるのは当然のことであり、これによりデータの信頼性が損なわれる。
【0019】多重化プロセスは、ローカルクロックに、入データと同じ基本周波数の0度位相および180度位相信号の両クロック信号を生成させることにより、ならびに0度位相および180度位相信号の両方の位相を維持する2倍の周波数のクロック信号を生成させることにより、実施される。第1の入データストリームはローカルクロックの0度位相信号を受信する第1の同期ユニットに送られる。第1の同期ユニットは、0度位相信号との第1のデータストリームの同期を確立し、それを維持する。一方、第2の入データストリームは、ローカルクロックの180度位相信号を受信する第2の同期ユニットに送られる。第2の同期ユニットは、180度位相信号との第2のデータストリームの同期を確立し、それを維持する。同期ユニットは、データストリームに弾性関数(elasticity function)を適用することで各データストリームの同期を維持する。ローカルクロックに同期した後、結果得られる2つのデータストリームは、2倍のボーレートでインタリーバにより多重化される。ビットは結果得られる2つのデータストリームから交互に取られるため、結果得られる両方のデータストリームからのすべてのビットおよび両方の入力データストリームからのすべてのデータビットを含む出力データストリームが得られる。結合ストリームにおける偶数番号のビットは結果得られる一方のデータストリームからのものであり、一方奇数番号のビットは他方のデータストリームからのものである。
【0020】各同期ユニットは、データストリームの一方を受信する受信器と、受信したデータストリームの一部を格納するバッファと、バッファが最適に満たされた状態未満であるとき、および最適に満たされた状態よりも多いときを決定するオーバーフィル/アンダーフィル検出論理と、フレーム開始およびフレーム終了伝送ワードとフレーム間のフィルワードを検出するフォーマット検出論理と、必要に応じてフレーム間に40ビットフィルワードを追加するか、削除するリタイマと、リフォーマットされたデータストリームを同期してインタリーバに送信する送信器と、ローカルクロックからの0度位相信号または180度位相信号と、オーバフィル/アンダーフィル検出論理およびフォーマット検出論理からの信号とを受信し、該受信した信号に応答して、リフォーマッタおよび送信器を制御する状態機械とを備える。リタイマにデータを送信する前に、バッファは部分的に満たされていてもよい。しかし、完全に満たされてはならないため、ローカルクロック周波数の上側あるいは下側のわずかに不整合した周波数のデータストリームに対し、スラックを提供する。リタイマはデータストリームに対してフィルワードを付加または削除して、大まかな同期を維持する一方、送信器は、状態機械およびローカルクロック信号からの制御に応答して、信号の精密な同期を維持する責務を有する。
【0021】2つの結合ビットストリームのうちの一方にタグ付けするために、通常のファイバチャネルトラフィックで発生しないパターンを有する、容易に識別可能な特殊フィルワードが、ストリームの開始にある不必要なフィルワードと置換され、その後も周期的に置換される。このようなフィルワードは、40ビットの交互k28.5パターン(0011111010110000010100111110101100000101)である。不必要なフィルワードを交互k28.5フィルワードで置換することは、不必要なフィルワードが1行に少なくとも2回発生したときにのみ有効である。
【0022】リンクの終わりに、結合されたビットストリームを別個のビットストリームに分離する必要がある。これは、受信データに位相ロックループを適用して、入りボーレートの1/2で2つのクロック信号を生成することにより達成される。生成された各クロック信号を使用して、別個のビットストリームの一方をクロックすることができる。カンマ文字に同期するパターン検出器は、第2のワードがk28.5パターンであるフィルワードのペアについて入り多重化データを走査する。検出器は、最後に受信したフィルワードをメモリに保持する。出力ルータは、入ビットが2つの出力の一方に送られるよう、トグル可能である。パターン検出器が交互k28.5パターンを認識すると、出力ルータがトグルして、そのパターンに属する交互ビットならびにそうタグ付けされたビットストリームの後続するすべての交互ビットが適切な出力に送られる。パターン検出器は交互k28.5ワードを、該交互k28.5パターンを受信する直前に受信したフィルワードのコピーで置換する。タグ付けされていないビットストリームの交互ビットは、他方の出力受信器に送られる。2つの受信器に供給されたビットは、元の2つのデータストリームを再構築したものを構成する。
【0023】
【発明の実施の形態】ここで、複数のシリアルデータストリームを多重化して、周波数を2倍にした単一のシリアルデータストリームにする装置および方法を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0024】図1を参照すると、一対のシリアルデータストリーム105Aおよび105Bを多重化することが望まれている。これらは標準FC周波数の1つと公称上は同じボーレートで受信されるが、ローカルクロック源101からの信号に対してまたは互いに対して完全に同期しているとは考えられない。わずかな非同期性でも、それがわずかな周波数差あるいは位相差の形態であるかに関わらず、2つのデータストリームの多重化における困難さをかなり増大してしまう。2つのデータストリームが互いに対して同期していない場合、単純に多重化する結果、裂けたまたは重なったパルスになるとともにデータオーバランまたはアンダーランが発生する可能性があるため、データの信頼性が損なわれる。
【0025】さらに図1を参照すると、多重化装置は、各データストリーム105Aおよび105Bのボーレートと公称上は同じ基本周波数を有するローカルクロック源101と、第1のローカル同期ユニット102Aと、第2のローカル同期ユニット102Bと、インタリーバ103とを備える。ローカルクロック源101は、基本周波数で0度位相信号104Aおよび180度位相信号104Bの両方を出力する。0度位相信号104Aおよび第1のシリアルデータストリーム105Aは第1のローカル同期ユニット102Aで受信される一方、180度位相信号および第2のシリアルデータストリーム105Bは第2のローカル同期ユニット102Bで受信される。第1のローカル同期ユニット102Aは、第1のデータストリームAの0度位相信号との同期を確立して、それを維持する一方、第2のローカル同期ユニット102Bは、第2のデータストリームBの180度位相信号との同期を確立して、それを維持する。ローカル同期ユニット102Aおよび102Bは、データストリームに弾性関数を適用することで、第1および第2のシリアルデータストリーム(それぞれ105Aおよび105B)の同期を維持する。ローカルクロック源101の反対位相への同期後、2つの結果得られるデータストリーム106Aおよび106Bは、インタリーバ103により2倍のボーレートで単一の結合シリアルデータストリーム107に多重化される。インタリーバ103は、ローカルクロック源101から基本周波数を2倍にしたクロック信号108を受信する。2つの結果得られるデータストリーム106Aおよび106Bから交互にビットが取られ、その結果、結合された出力データストリーム107は結果得られたデータストリーム106Aおよび106B両方からのすべてのビットを含むこととなる。ここで、偶数番号のビットは結果得られるデータストリームの一方からのものであり、奇数番号のビットは他方からのものである。
【0026】次に図2を参照すると、ローカル同期ユニット102A(または102B)は、シリアル入力データストリームの一方105A(または105B)を受信する受信器202と、受信したデータストリーム105A(または105B)のスライディングウィンドウを格納するバッファ203と、バッファが最適に満たされた状態未満であるとき、および最適に満たされた状態よりも多いときを決定するオーバーフィル/アンダーフィル検出論理204と、フレーム開始(SOF)およびフレーム終了(EOF)伝送ワードとフレーム間のフィルワード(FILL)とを検出するフォーマット検出論理205と、必要に応じてフレーム間に40ビットフィルワードを追加するか、削除するリタイマ208と、リフォーマットされた結果得られるデータストリーム106A(または106B)を同期してインタリーバ103に送信する送信器209と、ローカルクロック101からの0度位相信号104Aまたは180度位相信号104Bとオーバフィル/アンダーフィル検出論理204およびフォーマット検出論理205からの信号とを受信し、該受信した信号に応答して、リタイマ208および送信器209を制御する状態機械206とを備える。リタイマ208にデータを送信する前に、先入れ先出し(FIFO)タイプが好ましいバッファ203は部分的に満たされていてもよい。しかし、バッファ203は完全に満たされてはならないため、ローカルクロック周波数の上側あるいは下側のわずかに不整合した周波数のデータストリームに対し、スラックが提供される。リタイマ208はデータストリームに対してフィルワードを付加または削除して、ローカルクロック信号104A(または104B)との大まかな同期を維持する。入力されるローカルクロック信号104A(または104B)によって制御される状態機械206により制御される送信器209は、リフォーマットされたデータストリーム内のビットの精密な同期を維持する責任がある。
【0027】次に図3を参照すると、多重化プロセスのタイミング図は、第1の入力データストリームA、第2の入力データストリームB、結果得られるデータストリームのビットパターンと、0度位相クロック信号、180度位相信号、2Xレートクロック信号の方形波パターンを示す。0度位相クロック信号と相関した時間は、ベースライン上に0から7の整数で表される。タイミング図を入念に検討すると、2つのリフォーマットされたデータストリームAおよびBからビットが交互に取られており、その結果、結合データストリームがリフォーマットされた結果得られるデータストリームAおよびBからのすべてのビットを含み、奇数番号のビットはリフォーマットされたBデータストリームからのものであり、偶数番号のビットはリフォーマットされたAデータストリームからのものであることがわかる。
【0028】図4および図5は、同じデータストリームシーケンスから始まっている。図4におけるシーケンスの処理は、ローカルクロック信号よりもわずかに遅いボーレートを有するデータストリームの結果である。図5におけるシーケンスの処理は、ローカルクロック信号よりもわずかに速いボーレートを有するデータストリームの結果である。
【0029】図4において、第1のフレームの最後の部分(データ、crc、およびフレーム終了セクションを含む)および第2のフレームの開始部分(フレーム開始およびヘッダセクションを含む)は、8つのフィルワード分だけ離れて示される。データフローに対して大まかな調整を行うために、追加のフィルワードがフレーム間に挿入された。リフォーマットされたストリームは第1および第2のフレームが9つのフィルワードだけ離れている。追加のフィルワードの送信にいくらか時間がかかるため、ボーレートが上がる。
【0030】図5において同一の開始シーケンスが使用される。しかし、この場合、入データストリームのボーレートはローカルクロック信号の周波数よりもわずかに速い。したがって、フレーム間の余分なフィルワードを周期的に削除する必要がある。この場合、リフォーマットされた結果得られるストリームでは、第1と第2のフレーム間が7つのフィルワードだけ離れている。余分なフィルワードを削除することで、ボーレートが下がる。
【0031】結合ビットストリームの1つにタグ付けするために、通常のファイバチャネルトラフィックで発生しないパターンを有する、容易に識別可能な特殊フィルワードが、ストリームの開始にある不必要なフィルワードと置換され、その後も周期的に置換される。このようなフィルワードは、40ビットの交互k28.5パターン(0011111010110000010100111110101100000101)である。不必要なフィルワードを交互k28.5フィルワードで置換することは、不必要なフィルワードが1行に少なくとも2回発生したときにのみ有効である。
【0032】リンクの終わりに、結合ビットストリームを別個のビットストリームに分離する必要がある。ここで、図6を参照すると、受信したシリアルデータストリーム107に位相ロックループ601が適用されている。位相ロックループ601は高速で入データの2X周波数に同期して、その周波数に等しいタイミング信号602を生成する。タイミング信号602は、1Xクロック信号(すなわち入データの周波数の半分)を生成する遠隔クロック発生器603およびパターン検出器605の両方に入力される。パターン検出器605は、フィルワード置換ユニット606とビットルータユニット607の両方に直接連結されている。パターン検出器605は入データストリーム107のカンマ文字に同期して、該データストリームを走査してフィルワードを検出する。パターン検出器605は、最後に受け取ったフィルワードをメモリ608に保持する。交互k28.5パターンが(当然のことながら交互ビット上で)検出されると、フィルワード置換ユニット606がメモリ608の内容を読取り、k28.5パターンを該パターンの直前のフィルワードの別コピーで置換する。ビットルータユニット607は、k28.5パターンに対応するとともにすべてのビットが同じ位相関係を有するビットを、遠隔クロック発生器603から1Xクロック信号を受信する第1の遠隔同期装置609Aに送る。タグ付けされていないストリームからのビットは、同様に遠隔クロック発生器603から1Xクロック信号を受信する第2の遠隔同期装置609Bに送られる。シリアル出力ストリームA(610A)およびシリアル出力ストリームB(610B)は、元のシリアル入力ストリームA(105A)およびシリアル入力ストリームB(105B)にそれぞれ相当する。
【0033】以上の開示から容易に理解できるように、多重化および逆多重化方法を開示したハードウェア装置と併用することにより、入データストリームの2倍のボーレートで高速かつ信頼性のある通信を提供できるため、単一チャネルにわたる情報スループットが増大する。
【0034】本発明のいくつかの実施形態のみを説明したが、添付の特許請求の範囲において請求される本発明の範囲および精神から逸脱せずに、そこに変更および変形を行いうることは、当業者には明白であろう。
【0035】たとえば、本発明は一対のシリアルデータストリームを結合することに関して開示されたが、同じ技術を採用して2n個(但しnは0以外の整数)のシリアルデータストリームを結合することができる。ローカルクロック源は、0度位相信号および180度位相信号を生成する代わりに、それぞれが隣接した信号から360度/2nであり、そのうちの1つが基本周波数と0度位相関係にある、等間隔の2n個の信号を生成する。クロック信号源はまた、基本周波数の2n倍の周波数を有し、かつ等間隔のクロック信号の各々と位相が合っているクロック信号の組み合わせも生成する。2n個の同期ユニットは各々、異なる入シリアルビットストリームと等間隔のクロック信号の1つを受信し、それにより、該同期ユニットに関連するクロック信号に同期した時間変更したビットストリームを出力する。次に、インタリーバが2n個のリフォーマットされた各ビットストリームを受け取って、それらを両方とも結合して、基本周波数を2n倍したのに等しいボーレートを有する単一の結合ビットストリームにする。
【0036】同様に、ファイバチャネル動作の文脈で開示したが、本発明は、単一チャネルを介して送信される追加の情報を補償するために、データをより高い周波数で再送信できる任意の複数対のシリアルデータストリームに適用しうる。
【0037】以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【0038】[実施態様1]第1のボーレートを有する第1および第2の入シリアルビットストリーム(105Aおよび105B)を結合して、該第1のボーレートの周波数の約2倍の周波数の第2のボーレートを有する単一の結合ビットストリーム(107)にするデータ通信ビットストリーム結合器であって、前記入ビットストリームは両方ともフィルワード(FILL)で分離されたデータビットを含むフレームとして編成され、前記第1のボーレートと公称上は同じ周波数である基本周波数を有し、該基本周波数において0度位相信号(104A)を生成し、該基本周波数において180度位相信号(104B)を生成し、該0度位相信号(104A)および180度位相信号(104B)の両方と位相が合った2倍の周波数の信号(108)を発生するローカルクロック源(101)と、第1および第2の同期ユニット(102Aおよび102B)であって、該第1の同期ユニット(102A)は前記0度位相信号(104A)および前記第1の入シリアルビットストリーム(105A)を受信して、該第1のシリアルビットストリーム(105A)のデータビットをすべて含む前記0度位相信号(104A)と同期したリフォーマットされた第1のビットストリーム(106A)を出力し、前記第2の同期ユニット(102B)は、前記180度位相信号(104B)および前記第2の入シリアルビットストリーム(105B)を受信して、該第2の入シリアルビットストリーム(105B)のデータビットをすべて含む前記180度位相信号(104B)と同期したリフォーマットされた第2のビットストリーム(106B)を出力する、第1および第2の同期ユニット(102Aおよび102B)と、前記リフォーマットされた第1および第2のビットストリーム(106Aおよび106B)を受信し、これらを結合して、前記基本周波数の2倍のボーレートを有するとともに、前記リフォーマットされた第1および第2のビットストリーム(106Aおよび106B)のすべてのビットを含む単一の結合ビットストリーム(107)にするインタリーバ(103)と、を備えて成る、データ通信ビットストリーム結合器。
【0039】[実施態様2]それぞれが第1のボーレートを有する2n個(nはゼロ以外の整数)の入シリアルビットストリーム(105Aおよび105B)を結合して、前記第1のボーレートの約2n倍の周波数の第2のボーレートを有する単一の結合ビットストリーム(107)にするデータ通信ビットストリーム結合器であって、前記すべての入ビットストリーム(105Aおよび105B)は、フィルワード(FILL)によって分離された、データビットを含むフレームとして編成され、前記第1のボーレートと公称上は同じ周波数である基本周波数を有するローカルクロック源(101)であって、一つ(104A)が前記基本周波数と0度位相関係にある、2n個の等間隔に位相のずれたクロック信号(104Aおよび104B)と、前記基本周波数の2n倍の周波数を有し、前記等間隔のクロック信号(104Aおよび104B)のそれぞれと位相が合っている結合クロック信号(108)と、を発生するローカルクロック源(101)と、それぞれが、異なる入シリアルビットストリーム(105Aまたは105B)および前記等間隔のクロック信号(104Aまたは104B)のうちの1つを受信して、受信したクロック信号(それぞれ104Aまたは104B)に同期したリフォーマットされたビットストリーム(106Aまたは106B)を出力する2n個の同期ユニット(102Aおよび102B)と、前記2n個のリフォーマットされたビットストリーム(106Aまたは106B)の各々を受信して、これらを両方とも結合して、前記基本周波数の2n倍のボーレートを有する単一の結合ビットストリーム(107)にするインタリーバ(103)と、を備えて成る、データ通信ビットストリーム結合器。
【0040】[実施態様3]前記各同期ユニット(102Aまたは102B)が、前記入シリアルビットストリーム(105Aまたは105B)の1つを受信する受信器(202)と、該受信したビットストリーム(105Aまたは105B)のスライディングウィンドウを格納するバッファ(203)と、該バッファ(203)がいつ最適に満たされた状態よりも少ないか、また該バッファ(203)が最適に満たされた状態よりも多いかを判定するオーバフィル/アンダーフィル検出論理(204)と、フレームおよびフレーム間のフィルワード(FILL)を検出するフォーマット検出論理(205)と、前記バッファ(203)が最適に満たされた状態よりも少ないときには前記受信したビットストリーム(105Aまたは105B)にフィルワード(FILL)を付加し、前記バッファ(203)が最適に満たされた状態よりも多いときには前記受信したビットストリーム(105Aまたは105B)からフィルワード(FILL)を削除するリフォーマッタ(208)と、前記リフォーマットされたビットストリーム(106Aまたは106B)を同期させて前記インタリーバ(103)に送信する送信器(209)と、前記ローカルクロック源(101)から受信した信号(104Aまたは104B、110および111)、前記オーバフィル/アンダーフィル検出論理(204)、および前記フォーマット検出論理(205)に応答して、前記リフォーマッタ(208)および前記送信器(209)を制御する状態機械(206)と、を備えて成る、実施態様1または2に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【0041】[実施態様4]データを前記リフォーマッタ(208)に送信する前に、前記バッファ(203)は部分的にだけ満たされており、これにより受信した入ビットストリーム(105Aまたは105B)への弾性を提供し、該受信した入ビットストリーム(105Aまたは105B)のボーレートが前記ローカルクロック源(101)の基本周波数の上側または下側のいずれかにおいてわずかに不整合しうることを特徴とする、実施態様1または2に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【0042】[実施態様5]前記リフォーマッタ(208)は、前記データストリーム(105Aまたは105B)に対してフィルワード(FILL)を付加するかまたは削除することにより、関連するクロック信号(104Aまたは104B)との大まかな同期を維持することを特徴とする、実施態様4に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【0043】[実施態様6]前記送信器(209)は関連するクロック信号(104Aまたは104B)との精密な同期を確立することを特徴とする、実施態様5に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【0044】[実施態様7]前記入シリアルビットストリームの各フレーム対が、少なくとも7つのフィルワード(FILL)によって分離されていることを特徴とする、実施態様1または2に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【0045】[実施態様8]前記バッファ(203)が先入れ先出しタイプであることを特徴とする、実施態様1または2に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【0046】[実施態様9]前記インタリーバ(103)は、リフォーマットされた各ビットストリーム(106Aまたは106B)から順次1ビットをとって、前記結合ビットストリーム(107)を形成することを特徴とする、実施態様1または2に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【0047】[実施態様10]一対の入ビットストリーム(105Aおよび105B)を結合したものについて、該結合ビットストリーム(105Aまたは105B)における奇数番号のビットは前記リフォーマットされたビットストリームの一方(106A)からのものであり、その偶数番号のビットはリフォーマットされたビットストリームの他方(106B)からのものであることを特徴とする、実施態様1または2に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【0048】[実施態様11]通常のファイバチャネルトラフィックで発生しないパターンを有する特殊フィルワードを、前記ストリームの開始にある不必要な元のフィルワードと置換することによって、2つの結合ビットストリーム(105Aまたは105B)のうちの一方にタグ付けし、その後周期的に同様に繰り返すステップをさらに備えて成ることを特徴とする、実施態様1または2に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【0049】[実施態様12]位相ロックループ(601)を前記結合ビットストリーム(107)に適用して、該結合ビットストリーム(107)のボーレートに等しい周波数を有するタイミング信号(602)を発生するステップと、前記結合ビットストリーム(107)のボーレートの半分に等しい周波数を有する出力クロック信号(604)を発生するステップと、前記特殊フィルワードについて前記結合ビットストリーム(107)を走査するステップと、前記特殊フィルワードの各発生を元のフィルワードに置き換えるステップと、前記置換されたビット、および該置換されたビットと位相の合った全ての交互ビットを、前記出力クロック信号(604)によって刻時された第1の遠隔同期装置(609A)に送るステップと、他の全てのビットを、前記出力クロック信号(604)によって刻時された第2の遠隔同期装置(609B)に送るステップと、を有する、前記結合ビットストリーム(107)を逆多重化する処理をさらに備えて成ることを特徴とする、実施態様11に記載のデータ通信ビットストリーム結合器。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いることにより、単一のファイバチャネル上で入データストリームの2n倍のボーレートで高速かつ信頼性のある通信を提供でき、単一チャネルにわたる情報スループットを増大することができる。




 

 


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