DE69511093T2 - Kommunikationssystem - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft digitale Kommunikationssysteme und insbesondere Systeme, die die Technologie der asynchronen Übertragungsverfahren (Asynchronous Transfer Mode = ATM) einsetzen.
• Die Technologie der asynchronen Übertragungsverfahren (ATM) stellt eine flexible Form der Übertragung dar, die es ermöglicht, daß jede Art von Dienstverkehr, Sprache, Video oder Daten auf eine gemeinsame Übertragungseinrichtung gemultiplext werden. Damit dies realisiert werden kann, muß der Dienstverkehr zuerst angepaßt bzw. umgewandelt werden, typischerweise in 53 Byte umfassende Zellen, die 5 Byte umfassende Köpfe und 48 Byte Nutzlast umfassen, so daß der ursprüngliche Verkehr am entfernten Ende des ATM-Netzes wiederhergestellt werden kann. Diese Form der Anpassung wird in der ATM-Anpassungsschicht (ATM Adaption Layer = AAL) durchgeführt. Es wurden fünf Typen von Anpassungsschichten definiert. Diese Erfindung betrifft die Anpassungsschicht 1, die dazu verwendet wird, Verkehr mit konstanter Bitrate an den ATM-Standard anzupassen.
• Die Patentschrift DE-C-41 23 851 beschreibt eine Vorrichtung, bei der B-ISDN- und VBN-Netze durch eine Netzanpassungsvorrichtung miteinander verbunden sind, wobei Methoden des asynchronen Übertragungsverfahrens (ATM) oder/und des synchronen Übertragungsverfahrens verwendet werden. Die Patentschrift US-A-5204857 beschreibt ein ATM-Vermittlungssystem, das zur Anpassung an ein Kommunikationsendgerät mit synchronem Übertragungsverfahren ausgelegt ist.
• Weiterhin wird auf unsere Patentschriften GB-A-2291561 und GB-A-2291562 verwiesen, die integrierte Breitband- und Schmalbandzugriffsvorrichtungen betreffen.
• Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Anpassung einer blockierungsfreien Breitband- ATM-Vermittlung (ATM = asynchrones Übertragungsverfahren) bereitgestellt, die eine Vielzahl von Anschlüssen aufweist, um eine Vermittlungsfunktion für Schmalband-Verkehr bereitzustellen, wobei die Vorrichtung adaptive virtuelle Verbindungssätze (Junctors) einschließt, von denen jedem Vermittlungsstellenanschluß einer zugeordnet ist, um den Zugang zu und den Austritt aus der Vermittlung zu ermöglichen, und von denen jeder Einrichtungen zum Zusammenfügen und Zerlegen von ATM-Nutzlast aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder adaptive virtuelle Verbindungssatz eine virtuelle Verbindung mit jedem anderen adaptiven virtuellen Verbindungssatz aufweist, wobei jede virtuelle Verbindung eine Anzahl von virtuellen Schaltungen umfaßt, und wobei Einrichtungen mit jedem adaptiven virtuellen Verbindungssatz in Verbindung stehen, um auf einer Ruf-für-Ruf- Grundlage die Anzahl der virtuellen Schaltungen auf jeder virtuellen Verbindung zu steuern, die mit diesem adaptiven virtuellen Verbindungssatz in Verbindung steht.
• Ein weiterer Grundgedanke der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer ATM-Vermittlung (ATM = asynchrones Übertragungsverfahren) von Schmalband-Verkehr über eine blockierungsfreie Breitband-ATM-Vermittlung, die eine Vielzahl von Anschlüssen aufweist, wobei das Verfahren die Zuordnung von adaptiven virtuellen Verbindungssätzen, einer zu jedem Vermittlungsanschluß, umfaßt, um den Zugang zu und den Austritt aus der Vermittlung zu ermöglichen, und von denen jeder Einrichtungen zum Zusammenfügen und Zerlegen von ATM-Nutzdaten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder adaptive virtuelle Verbindungssatz eine virtuelle Verbindung mit jedem anderen adaptiven virtuellen Verbindungssatz aufweist, wobei jede virtuelle Verbindung eine Anzahl von virtuellen Schaltungen umfaßt, und wobei Einrichtungen mit jedem adaptiven virtuellen Verbindungssatz in Verbindung stehen, um auf einer Ruf-für-Ruf- Grundlage die Anzahl der virtuellen Schaltungen auf jeder virtuellen Verbindung zu steuern, die mit diesem adaptiven virtuellen Verbindungssatz in Verbindung steht.
• Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben, wobei:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung ist, die die Schmalband- und Breitband-Zusammenarbeitsanforderungen darstellt;
• Fig. 2 die Struktur der ATM-Anpassungsschicht 1 darstellt;
• Fig. 3 die Funktionalität einer flexiblen Netzanpassungsvorrichtung zeigt;
• Fig. 4 den ATM-Einsatz als Grundlage für eine Schmalband-Vermittlungsstelleneinrichtung zeigt;
• Fig. 5 eine schematische Darstellung eines adaptiven virtuellen Verbindungssatzes ist;
• Fig. 6 die Verwendung der ATM-Übertragung zur Verbindung einer Anzahl von Schmalband-Vermittlungssystemen auf ATM-Grundlage darstellt;
• Fig. 7 u. 8 die Prozeßarchitektur für den Zugang zu bzw. den Austritt aus der Netzanpassungsvorrichtung darstellen; und
• Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer Übertragungsanpassungsvorrichtung.
• Die grundlegenden Anforderungen für eine Netzanpassungsvorrichtung zwischen einer Schmalband-Vermittlungsstelle 11 und einer Breitband-Vermittlungsstelle 12 eines öffentlichen Netzes, über eine Netzanpassungsvorrichtung 13, sind in Fig. 1 dargestellt. Die Netzanpassungsvorrichtung stellt die Anpassungsfunktion zur Verfügung. Die grundlegendste Form der Netzanpassung tritt bei Sprach-Anwendungen auf, bei denen eine POTS-Leitung oder ein ISDN-B-Kanal an eine virtuelle Schaltung angepaßt werden muß, wobei die ATM-Anpassungsschicht 1 verwendet wird, die zwischen den beiden Netzen eine Verbindung mit 64 kb/s ergibt; dies ist erforderlich, um bei einer ATM-Arbeitsstation mit Sprachdiensten zu arbeiten. Die Zellenzusammenfügungs Verzögerung für eine derartige Verbindung beträgt typischerweise 6 Millisekunden, was bei vielen Anwendungen zu potentiellen Sprach-Echoproblemen führen kann; die Echokompensation zur Überwindung derartiger Probleme ist hinreichend bekannt, ihr Einsatz ist jedoch ziemlich teuer. Der allgemeinere Netzanpassungsfall besteht in einem Dienst mit P · 64 kb/s, der typischerweise für eine H320-Videokonferenz verwendet wird, wobei ein Wert von P = 6 typisch ist. Die Zeitschlitz-Sequenzintegrität ist bei diesem Anwendungsfall eine spezielle Anforderung. Die AAL1 kann für die unstrukturierte Datenübertragung verwendet werden, bei der ein synchroner Bitstrom transparent durch ein ATM-Netzwerk geleitet und am entfernten Ende wiederhergestellt wird. Für die flexible Handhabung von Kanälen mit 64 kb/s wird die strukturierte Datenübertragung, bei der Phaseninformationen den Beginn eines n · 64 kb/s-Teilrahmens identifizieren, bevorzugt, weil sie ermöglicht, daß 64 kb/s-Kanäle identifiziert und manipuliert werden.
• Die strukturierte Datenübertragungs-Betriebsart von AAL1 ist in Fig. 2 dargestellt. Der Segmentierungs- und Wiederzusammensetzungs-Prozeß wird durch einen 1-Byte-Header bzw. -Kopf gesteuert; dieser enthält eine Sequenznummer, so daß verlorene und fehlgeleitete Zellen identifiziert und kompensiert werden können. Er enthält weiterhin ein Sequenznummern-Schutzfeld, so daß der Segmentierungs- und Wiederzusammensetzungs-Prozeß sicher gegenüber Bitfehlern ist. Ein CSI-Bit in dem Kopf wird in diesem Fall verwendet, um ein weiteres Nutzlast-Byte zu erkennen, das als ein Zeiger verwendet wird, um die Phase des n · 64 kb/s- Teilrahmens innerhalb der Nutzlast zu definieren.
• Eine Haupt-Implementierung der Netzanpassungsfunktion ist in Fig. 3 dargestellt. Ein 64 kb/s-Vermittlungssystem wird typischerweise dazu eingesetzt, mit einem Rückebenen-Bus 31 mit hoher Kapazität zusammenzuarbeiten. Die Leitungen (lines) und Übertragungsleitungen (trunks) arbeiten mit dem gleichen Bus zusammen, um die Vermittlungsvorgänge von der Schaltungsanpassung zu trennen. Die Netzanpassungsvorrichtung 13 ermöglicht die Anpassung bzw. Umwandlung beispielsweise für 2048 Kanälen der Rückebenen-Bus-Kapazität in soviele VCs, wie erforderlich sind, um ein 155 Mb/s-Schnittstelle zu einer ATM-Vermittlung zu füllen. Beim vorliegenden Beispiel erfordert dies zwischen 69 und 2048 virtuelle Schaltungen, in Abhängigkeit von der Anzahl von 64 kb/s-Kanälen in jeder virtuellen Schaltung. Die Vorrichtung kann derart strukturiert sein, daß jeder Kanal der Rückebene irgendeinem Zeitschlitz innerhalb irgendeiner der virtuellen Schaltungen zugeordnet werden kann.
• Die Netzanpassungsvorrichtung, die zur Anpassung einer ATM-Vermittlung an ein 64 kb/s-System verwendet wird, wird adaptiver virtueller Verbindungssatz (Adaptive Virtual Junctor = AVJ) genannt. Wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, ist ein AVJ 41 zu jedem Anschluß der ATM-Vermittlung 12 zugeordnet, die als Teil des 64 kb/s-Systems genutzt werden soll. Jeder AVJ 41 weist einen Verbindungssatz über eine virtuelle Schaltung (Virtual Circuit = VC) mit jedem anderen AVJ auf. Jeder Verbindungssatz- VC ist eine n · 64 kb/s-Verbindung, bei der n zwischen 6 und 2048 variieren kann; vorzugsweise ist 6 als ein Minimum eingestellt, so daß die Zellenzusammenfügungs-Verzögerung des Systems nie mehr als 1 Millisekunde beträgt, wodurch alle Echoprobleme vermieden werden. Ein Steuerelement 41a ist jedem AVJ zugeordnet, und alle Steuerelemente verwenden das ATM-System, um Steuersignale auszutauschen. Die ATM-Vermittlung ist blockierungsfrei, so daß, wenn ein Kanal an einem Zugangs-AVJ und einem Austritts-AVJ zur Verfügung steht, dieser per Definition auch durch das System hindurch zur Verfügung steht.
• Wenn ein Zugangs-AVJ vorhat, eine VC von n · 64 kb/s auf (n + 1) · 64 kb/s zu ändern, signalisiert er zuerst das Steuerelement des Austritts-AVJ, um den Kanal und die Verbindungsanforderungen zu der Rückebene zu identifizieren. Die Änderung wird dann in der Zugangsfunktion implementiert und die Änderung wird innerhalb der Verbindungssatz-VC signalisiert, wobei die Frequenz und die Phase durch die Verbindungssatz-VC hindurch erhalten bleibt. Der Vorgang der Kapazitätsveränderung des Netzes von Verbindungssatz-VCs auf einer Ruf-für-Ruf-Grundlage entspricht genau dem Betrieb eines 64 kb/s-Vermittlungssystems aus der Sicht der angeschlossenen Leitungen und Übertragungsleitungen. Weil der Mechanismus der Erweiterung der Standardnetz-Anpassungsfunktion liegt, ist es weiterhin möglich, Teile der ATM- Vermittlung für Breitband-Zwecke zu verwenden und eine Schmalband- und Breitband-Netzanpassung bereitzustellen.
• Das Betriebsprinzip des adaptiven virtuellen Verbindungssatzes ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Die Darstellung zeigt den Prozeß des Zusammenfügens und Zerlegens von ATM-Nutzlasten, wobei der Prozeßzyklus z. B. 125 Mikrosekunden beträgt. Sowohl die Zugangs- als auch die Austritts-Prozesse verwenden eine Oktett-Adresse für die Kanalabbildung. Diese Abbildung setzt ein 64 kb/s-Kanal-Oktett zu der Nutzlast einer virtuellen Schaltung ins Verhältnis. Die Adresse von dem Oktett in dem Rahmen von der Rückebene wird verwendet, um auf die Abbildung zuzugreifen, die die virtuelle Schaltung zusammen mit zusätzlichen Informationen identifiziert. Die Zugangsseite verwendet einen Rahmenspeicher, dessen Reihenfolge beim Laden und Entladen daher differieren kann. Die Zugangsabbildung enthält eine Adresse in dem Rahmenspeicher als Teil der Zusatzinformation, so daß die Reihenfolge, in der die Kanal-Oktetts in die Nutzlasten von virtuellen Schaltungen verknüpft werden, frei gewählt werden können, um ihrer Zeitsequenz-Reihenfolge auf der Rückebene des Austrittsprozesses zu entsprechen.
• Wenn sie vollständig sind, werden die Nutzdaten in ATM-Zellen eingebaut, wobei eine AAL1-strukturierte Datenübertragung verwendet wird, wie nachfolgend beschrieben, und die Zellen werden in dem Netz versandt. Beim Empfang werden die Nutzdaten gepuffert, und, durch den Einsatz einer ähnlichen Abbildung in dem Austrittsprozeß, für irgendwelche vorgegebenen Kanal-Oktetts in der Zeitschlitzsequenz-Reihenfolge des Rahmens entfernt. Eine Steuerung (nicht gezeigt) bewahrt einen Datensatz von dem Inhalt der Abbildungen auf, um ein einfaches Wiederladen der Abbildungen zu unterstützen, wenn eine Aktualisierung erforderlich ist.
• Während eine Gruppe von AVJs dynamisch die Kapazität der Verbindungssatz-VCs anpaßt, um an den dynamischen Rufeingang des 64 kb/s-Systems anzupassen, kann eine Übertragungsanpassungs-Vorrichtung (Transmission Adaption Device = TAD) einen semipermanenten Kapazitätspool zwischen den beiden Vermittlungen bereitstellen, der wie erforderlich verwendet werden kann, um Gespräche bzw. Verbindungen zwischen den beiden Vermittlungen aufzubauen. Ihre entsprechenden Rollen sind in Fig. 6 dargestellt. Vier ATM-Vermittlungen (61 bis 64) sind dargestellt, bei denen die physikalischen Übertragungsleitungen (T12, T23, T34) zwischen den Vermittlungen ausschließlich in der ATM-Domäne implementiert sind, z. B. STM-4, AU4c4. Die Kapazität von diesen Übertragungsleitungen wird dazu verwendet, um logische Verbindungen zwischen Zielen bereitzustellen. Eine logische Verbindung umfaßt eine Anzahl von VCs, die n · 64 kb/s bereitstellen, wobei 6²n² 30 ist, und zusätzlich einen zugeordneten B-ISUP-Signalisierkanal. Der untere Wert von 6 wird gewählt, um Echoprobleme aufgrund der Zellenzusammenfügungs-Verzögerung zu vermeiden; das bedeutet, daß eine gemeinsame Nachfrage an zumindest sechs Kanälen erforderlich ist, um eine logische Verbindung zu rechtfertigen. Veränderungen einer logischen Verbindung werden durch Netzwerk-Management-Vorgänge erzielt und weisen nach dem Aufbau eine Granularität eines 64 kb/s-Kanals auf. Innerhalb von jeder ATM-Vermittlung hält ein Netzwerk von AVJs die Funktion eines 64 kb/s-Systems aufrecht. Die TADs sind durch die synchrone Rückebene 65 mit den AVJs verbunden und sind dazu geeignet, irgendeinen Rückebenenkanal mit irgendeinem 64 kb/s-Zeitschlitz innerhalb irgendeinem des Satzes der n · 64 kb/s-VCs zu verbinden, wodurch eine logische Verbindung gebildet wird.
• Als Beispiel soll ein Netzwerk aus acht 40 Gb/s-ATM-Vermittlungen betrachtet werden. Jede Vermittlung verwendet 128 · 155 Mb/s-Anschlüsse als ein 64 kb/s-Vermittlungssystem, wobei pro Vermittlung eine Kapazität von 260 000 Kanälen zur Verfügung gestellt wird. Wenn 0,15 Erlang/Leitung angenommen werden, er fordert eine externe Verkehrslast von 80% 31 200 Erlang/Vermittlung. Dies erfordert 16 · 155 Mb/s-Anschlüsse für die Unterstützung von logischen Übertragungsleitungen. Wenn Ringkonnektivität angenommen wird, ist eine Kapazität von 30 000 Erlang in jeder Ringverbindung erforderlich, die durch zwei physikalische Übertragungsleitungen mit 2,5 Gb/s zwischen jedem Abschnitt des Rings erzielt werden können, was durch einen vollständigen Schutz gegenüber einem Ringausfall ergibt.
• Die grundlegende Funktion der Netzanpassungs-Vorrichtung bezüglich dem Zusammenfügen/Zerlegen von ATM-Zellen ist in Fig. 7 für den Austrittsprozeß und in Fig. 8 für den Zugangsprozeß dargestellt. Die folgenden Absätze beschreiben die Funktion von jedem der dargestellten Module.
• Der Austrittsprozeß (Fig. 7) akzeptiert die Oktett-Adresse in dem Rahmen direkt von dem Rückebenen-Bus 31 und führt sie einem Abbildungsspeicher 71 zu, der einen zugeordneten Kanalidentifizierer und zusätzliche Informationen speichert, wie dies nachfolgend in den Abschnitten über den adaptiven virtuellen Verbindungssatz und die Übertragungsanpassungs-Vorrichtung noch ausführlicher erläutert wird. Die Inhalte dieser Abbildung werden durch einen Gesamtsteuerungsprozeß verwaltet bzw. auf Anfangswerte gesetzt und aktualisiert, der zur einfacheren Verständlichkeit nicht dargestellt wurde.
• Die Hauptmodule des Austrittsprozesses sind wie folgt.
• Ein Nutzlast-RAM 72 ermöglicht die Speicherung von Zellen-Nutzlasten, die zusammenfügt sind und auf die Verteilung warten. Es muß sich um einen Dual-Port-Speicher handeln, damit sowohl der Zugriff für den Lese- und Schreibprozeß garantiert als auch eine asynchrone Zeitsteuerung zwischen der Rückebene und der ATM-Schnittstelle ermöglicht wird. Der RAM 72 weist eine derartige Größe auf, daß zumindest ein Extrapuffer pro Kanal vorhanden ist, um das gleichzeitige Verteilen einer zusammengefügten Zelle und das Zusammenfügen der nächsten Zelle zu ermöglichen. Für m = 2048 muß im schlimmsten Fall für 4096 Nutzlasten Vorsorge getroffen werden. Es müssen jedoch nur Nutzlastinformationen gespeichert werden und jeder Schlitz muß zumindest für 48 Oktette ausreichen.
• Das Speicherzuteilungs-Modul (Memory Allocation Module = MAN) 73 ergibt eine wirksame Einrichtung zur Verteilung des Puffers des Nutzlast-RAM unter einer beliebigen Konfiguration von n pro Kanal, für beliebige m Kanäle. Ein FIFO-Speicher 74 wird mit all den Basisadressen vorgefüllt, die der zu Anfang leere Nutzlast-RAM enthalten kann; im schlimmsten Fall müßte er eine Tiefe von 4096 Plätzen aufweisen. Die Nutzlast-Basisadressen werden von dem Nutzlast-Managementmodul (Payload Management Module = PMM) 75 abgefragt und von der Oberseite des FIFO 74 genommen. Freigewordene Basisadressen werden von dem Zeitsteuerungs-Modul 76 zurückgegeben und am Ende des FIFO 74 eingereiht. Das FIFO kann sich solange nicht vollständig leeren, wie die Bandbreite der Rückebene nicht die Nutzlast-Bandbreite der ATM-Schnittstelle übersteigt.
• Das Nutzlast-Managementmodul (PMM) 75 wird mit dem gleichzeitigen Zusammenfügen der Nutzlasten von beliebigen m Kanälen beaufschlagt. Der Nutzlast-Informationsspeicher 77 ist ein RAM, der durch den Kanalidentifizierer adressiert wird, und der daher m Plätze aufweist, die folgendes enthalten:
• Adresse Die Nutzlast-Basisadresse der derzeit in dem Nutzlast-RAM zusammengebauten Nutzlast. Bei der TAD-Anwendung wird ein Teilrahmen verwendet, um n · 64 kb/s Bandbreite für gemeinsame Nachfrage zu reservieren, der in Abhängigkeit von n Zellen-Nutzlast-Grenzen überschneiden kann. Daher wird auch die Nutzlast-Basisadresse der nächsten Zelle gespeichert. In dem AVJ sind die Kanal-Oktette genau in der Zeitschlitz-Sequenz, wobei in diesem Fall nur ein Eintrag verwendet wird. Unabhängig von n wird die Nutzlast der aktuellen Zelle immer zuerst vervollständigt, wobei n < 30 garantiert, daß der Teilrahmen nicht mehr als zwei Zellen überschneiden kann.
• Maximale Füllung Der maximale Pegel, bis zu dem die Nutzlast von Zellen für diesen Kanal gefüllt werden sollte, falls anders als der Vorgabewert von 47. Dies ermöglicht, daß die Zellen früher als gewöhnlich versandt werden, um die Wartezeit zu verringern, und wäre daher ebenfalls zur Bestimmung der Nutzlast erforderlich, die aktuelle oder nächste, wenn bei der TAD-Anwendung die Teilrahmung eingesetzt wird. Die maximale Füllung wäre Teil der zusätzlichen Information für den Kanal in der Oktett-Adresse-zu-Kanalabbildung.
• Füllung Eine Zählung der Anzahl von Bytes, die bisher in die aktuelle und möglicherweise nächste Nutzlast geschrieben wurden. Dies wird verwendet, um zu berechnen, wann die aktuelle Nutzlast vollständig ist. Sie wird ebenfalls als Grundlage zur Bestimmung der Position des Teilrahmens in der Nutzlast verwendet.
• Füllungsschrittweite Die Größe des Teilrahmens, falls vorhanden, für diesen Kanal in der Anzahl von Oktetten, Vorgabe ist Eins. Die Füllschrittweite wird auch als rückwärtslaufender Zähler gespeichert, so daß eine Vorhersage für die Erforderlichkeit für den Einschluß von und den Wert des SAR-PDU-Zeigers möglich wird.
• Sequenz Die SAR-PDU-Sequenznummer für die aktuelle Zelle, gerade, wenn mehr als eine Zelle zusammengefügt wird (TAD-Anwendung). Wenn die aktuelle Zellen-Nutzlast vollständig zusammengefügt ist, kann die nächste Zellen-SAR-PDU-Sequenznummer einfach aus ihr berechnet und aktualisiert wer den, ebenso wie das CSI-Bit, das den möglichen Einschluß eines SAR-PDU-Zeigers anzeigt.
• Zeiger Der SAR-PDU-Zeiger, wie er vorstehend für die SAR-PDU-Sequenznummer beschrieben wurde. Zu jedem Zeitpunkt muß nur ein Zeiger gespeichert werden, weil der ITU-Standard nur einen Zeiger auf Zellen mit einer geraden Sequenznummer einschließt, und höchstens einmal in einer Sequenz von acht Zellen auf einem Kanal. Das hochwertige Bit des Zeigers kann verwendet werden, um eine Angabe darüber abzuspeichern, ob ein Zeiger in diesem Sequenzzyklus gesendet wurde, da die Parität später in dem SM erzeugt wird.
• Das PMM empfängt einen Kanalidentifizierer und, in Abhängigkeit von der Anwendung, einen Offset in dem Teilrahmen, eine Füllschrittweite, und den maximalen Füllpegel von der Oktett- Adresse-zu-Kanalabbildung, für jedes Kanal-Oktett.
• Der SAR-PDU-Header/Zeiger-Computer 78 bestimmt, unter Verwendung des Kanalidentifizierers, die gespeicherte Sequenznummer und den Zeiger für den Kanal, welche nach der Berechnung unter Einwirkung des nachfolgend beschriebenen Oktett-Adress-Computers 79 aktualisiert werden können. Die Sequenznummer wir gegenüber dem zuletzt gespeicherten Wert um Eins erhöht. Die Berechnung des CSI-Bits, d. h. der Anzeige, ob der Zeiger eingefügt wurde, hängt von der Sequenznummer ab; sie muß gerade sein, und, falls bisher keine Anzeige dieser Sequenz aufgetreten ist, muß die siebte einen Zeiger einschließen. Der Wert des verwendeten Zeigers hängt davon ab, ob die nächste Rahmengrenze innerhalb der nächsten 93 Oktette liegt. Dies wird mit Hilfe des gespeicherten Füllpegels, dem Teilrahmen-Offset und der zurückgezählten Füll-Schrittweite berechnet.
• Der Oktett-Adress-Computer 79 bestimmt unter Verwendung des Kanalidentifizierers die gespeicherte Zusammensetz-Information für den Kanal. Er verwendet den Füllpegel, die Füllschrittweite und den Teilrahmen-Offset, um festzustellen, ob das Oktett eine neue Nutzlast beginnt, wobei er in diesem Fall eine Nutzlast- Basisadresse von dem MAM 73 anfordert. Die aktuelle Oktett- Adresse in dem Nutzlast-RAM 72 wird aus dem Teilrahmen-Offset, dem Füllpegel und der relevanten Nutzlast-Basisadresse berechnet (bei der TAD-Anwendung können zwei Zellen gleichzeitig zusammenfügt werden). Wenn die vorliegende Zelle gefüllt ist werden der Kanalidentifizierer, die Nutzlast-Basisadresse und der SAR-PDU-Kopf und -Zeiger zu dem SM 76 übertragen. Es werden neue Werte berechnet und zu dem Nutzlast-Informationsspeicher 77 zurückgeleitet; wenn eine Nutzlast gerade vervollständigt wurde und eine neue begonnen hat, wird irgendeine nächste Nutzlast-Basisadresse zur aktuellen Nutzlast-Basisadresse gemacht, und der SAR-PDU-Kopf und -Zeiger werden aktualisiert.
• Die Aufgabe des Zeitsteuer-Moduls Scheduler Module = SM besteht darin, Zellen an der ATM-Schnittstelle zu erzeugen und zu versenden. Jedes Mal wenn das PMM 75 eine volle Nutzlast zusammengefügt hat, signalisiert es die Steuerung 80 in dem SM und überträgt den Kanalidentifizierer, die Nutzlast-Basisadresse und den SAR-PDU-Kopf (und -Zeiger, falls vorhanden), welche ihr zugeordnet sind. Das SM schiebt diese Informationen an das Ende einer Schlange eines zu Anfang leeren FIFO 81; daher werden alle Zellen nacheinander versandt, kein Kanal braucht eine höhere Priorität als irgendein anderer bei dieser Anwendung.
• Die Steuerung nimmt einen Eintrag von der Oberseite des FIFO 81, falls dieses nicht leer ist. Der Kanalidentifizierer wird dazu verwendet, auf eine Kopf-Tabelle zuzugreifen, die den ATM- Zellen-Kopf speichert, der dem Kanal zugeordnet ist, und dies wird auf die ATM-Schnittstelle gemultiplext. Der SAR-PDU- Kopf (und -zeiger, falls vorhanden) von dem FIFO werden über einen Fehlerüberwachungsgenerator weitergeleitet, der die AAL1- Fehlerschutzcodierung gemäß dem ITU-Standard hinzufügt und diese ebenfalls auf den ATM-Zellenstrom multiplext. Die Steuerung vervollständigt die Zelle dann, indem die zusammengefügte Nutzlast sequentiell aus dem Nutzlast-RAM gelesen wird, wofür die Nutzlast-Basisadresse aus dem FIFO verwendet wird.
• Wenn die Zelle gesendet wurde, wird die Nutzlast-Basisadresse zurück zu dem MAM 73 geleitet, weil sie nun frei zur Wiederverwendung ist; der Kopftabellen-RAM wird auf einen Vorgabewert gesetzt und aktualisiert.
• Der Zugangsprozeß (Fig. 7), der zu dem Austrittsprozeß direkt analog ist, akzeptiert die Oktett-Adresse in dem Rahmen direkt von der Rückebene 31 und legt sie an einen Abbildungs-RAM 771 an, der durch den gleichen Gesamtsteuerungsprozeß auf einen Anfangswert gesetzt und aktualisiert wird. Die ATM-Zellen werden durch eine kleines FIFO entkoppelt, um einen asynchronen Betrieb der ATM-Schnittstelle zu ermöglichen.
• Der Nutzlast-RAM 772 wird wirksam verwendet, um pro VC ein FIFO mit variabler Größe zu ergeben. Das Musterbeispiel für ein FIFO ist die Bereitstellung einer Schlangeneinrichtung, wobei der Kopf bzw. der Anfang und das Ende der Schlange markiert sind. Der Nutzlast-RAM ist derart organisiert, daß er sich wie ein verteiltes FIFO verhält, indem die Nutzlasten, die er enthält, für jede VC als eine verkettete Liste organisiert werden. Der Kopf bzw. Anfang von dieser Liste oder Schlange ist wirksamerweise die gespeicherte Nutzdaten-Basisadresse in dem Nutzdaten- Informationsspeicher 777 des Nutzdaten-Management-Moduls (PMM) 775. Die Enden aller Listen pro VC werden in einem speziellen Kanal-Enden-RAM 701 in dem Abscheidungsmodul 776 gespeichert, adressiert durch den Kanalidentifizierer. Die nächsten Zeiger der verketteten Liste werden in dem Nutzlast-RAM gespeichert. Weitere Einzelheiten dieses Vorgangs sind nachfolgend beschrieben.
• Dies erfolgt wie bei dem Austrittsprozeß, außer daß der SAR-PDU- Kopf und mögliche -zeiger und eine nächste Nutzlastzeiger- Basisadresse gemeinsam mit jeweils empfangenen Nutzlastbenutzer- Informationen gespeichert werden.
• Dies erfolgt ebenfalls wie bei dem Austrittsprozeß, außer daß das Intervall zwischen Nutzlastbasisadressen den zusätzlichen Platz für den nächsten Nutzlastzeiger ermöglichen muß. Das MAM 773 stellt die Nutzlast-Basisadressen dem Aufspaltungsmodul (Segregation Module = SM) 776 zur Verfügung und erhält freie Nutzlast-Basisadressen von dem Nutzlast-Management-Modul (Payload Management Module = PMM) 775, wobei der Prozeß bezüglich dem Austrittsprozeß umgekehrt wurde.
• Das MAM kann derart ausgelegt sein, daß es dem Nutzlast-Management-Modul (PMM) anzeigt, wenn mehr als eine vorherbestimmte Anzahl von Nutzlasten verwendet wurde. Dies ermöglicht, daß ein Aggregat-Füllpegel erzielt wird, um durch das ATM-Netzwerk verursachte statistische Abweichungen zu kompensieren.
• Das Aufspaltungsmodul (Segregation Module = SM) handhabt die eingehenden ATM-Zellen. Ein Demultiplexer 702 trennt den ATM- Zellen-Kopf von der Nutzlast. Eine Kopf-Erkennungsfunktion ist durch einen inhaltsadressierbaren Speicher (Content Addressable Memory = CAM) 703 implementiert, da der VPI/VCI-Adressraum nur wenig besetzt sein wird. Das CAM wird verwendet, um den zugehörigen Kanalidentifizierer zu bestimmen.
• Der Demultiplexer wird ebenfalls dazu verwendet, den SAR-PDU- Kopf und möglichen -Zeiger zu einem Block zu leiten, der die erforderliche Fehlererkennung und -korrektur des ITU-AALI- Standards durchführt. Die möglicherweise korrigierten SAR-PDU- Köpfe und -Zeiger können in den Strom zurückgemultiplext werden, um gemeinsam mit der Benutzerinformation in der Nutzlast in dem Nutzlast-RAM gespeichert zu werden. Verschiedene Fehler können dazu führen, daß die Zelle verworfen wird, wobei das PMM in diesem Fall die gleiche Fehlerbehebung durchführt, als wenn die Zelle bei der Übertragung verloren worden wäre, was durch die SAR-PDU-Sequenznummer erkannt wird.
• Die Steuerung 780 verwendet den Kanalidentifizierer des Header- Erkennungsblocks, um die letzte Nutzlast-Basisadresse aus dem Kanalenden-RAM 701 zu bestimmen. Eine neue Nutzlast-Basisadresse wird von dem MAM angefordert und in dem nächsten Zeiger der letzten Nutzlast gespeichert. Die neue Basisadresse wird zurück in den Kanalenden-RAM geschrieben. Wenn die Schlange bzw. Reihe für diesen Kanal leer ist, so signalisiert die Steuerung 780 dem PMM die Nutzlastadresse, um den Kopf der Schlange zu bilden. Die Steuerung setzt den nächsten Zeiger der aktuellen Zelle derart, daß er auf sich selbst zeigt, um das Ende der Schlange anzuzeigen. Danach speichert die Steuerung den SAR-PDU-Kopf und möglichen -Zeiger und die Benutzernutzlast in dem Nutzlast-RAM.
• Die Steuerung hat keinen garantierten Zugriff auf den Nutzlast- RAM, der von dem PMM beherrscht wird, das einen gelegentliche Nutzung des Anschlusses erfordert. Während ein Anschluß des Nutzlast-RAM der Rückgewinnung der Oktett-Daten für den Rückebenen-Prozeß zugeordnet ist, ist der andere Anschluß während des Intervalls des Empfangs von ATM-Zellenköpfen unbenutzt. Weil der ATM-Zellenkopf aufgespalten wird, stehen fünf Oktett- Zeitabschnitte pro Nutzlast zur Verfügung, was ermöglicht, daß der SAR-PDU-Header, -Zeiger und der nächste Nutzlastzeiger gespeichert und von dem Anschluß des Aufspaltungsmoduls zurückgewonnen werden können. Wenn dem SM der Zugriff verweigert wird, ergibt das Eingabe-FIFO 704 eine Freilaufeinrichtung, bis der Zugriff wieder gestattet wird.
• Das Nutzlast-Management-Modul (PMM) 775 hat die Aufgabe, die Nutzlasten von beliebigen m Kanälen gleichzeitig zu zerlegen. Der Nutzlast-Informationsspeicher 777 ist zu dem des Austritt- PMM identisch. Darüber hinaus empfängt das Zugangs-PMM identische Informationen wie der Austrittsprozeß von der Zugangs- Oktett-Adresse-zu-Kanalabbildung.
• Der SAR-PDU-Header/Zeiger-Computer 778 bestimmt die gespeicherte Sequenznummer und mögliche Zeiger für den Kanal auf identische Weise wie der Austrittsprozeß. Die Sequenznummer wird mit der in dem Nutzlast-RAM 772 gespeicherten verglichen, um sicherzustellen, daß bezogen auf den zuletzt gespeicherten Wert eine Inkrementierung um Eins vorliegt. Die Berechnung, folglich die Vorhersage, und die Überprüfung des CSI-Bits und des Zeigers werden auf ähnliche Weise durchgeführt. Jede Abweichung in der Sequenznummer zeigt verlorene oder fehlgeleitete Zellen an, und es kann eine geeignete Fehlerbehebung durchgeführt werden, beispielsweise die Interpolation von Vorgabewerten, gemäß dem ITU- Standard. Es wird ein Versuch unternommen, Abweichungen in den Zeigerwerten mit dem später beschriebenen Ratenveränderungsmechanismus zu korrelieren, ansonsten können geeignete Rahmenzurückgewinnungsmaßnahmen durchgeführt werden.
• Der Oktett-Adressen-Computer 779 verwendet den Kanalidentifizierer von der Abbildung wiederum, um die gespeicherte Zusammenfügungsinformation für den Kanal zu bestimmen. Er bestimmt, wie der Austrittsprozeß, ob das Oktett eine neue Nutzlast beginnt, in diesem Fall gewinnt er jedoch die Nutzlast-Basisadresse von dem nächsten Zeiger der aktuellen Nutzlast in dem Nutzlast-RAM zurück, wobei der SAR-PDU-Header und -Zeiger gleichzeitig übertragen werden. Dem Abspaltungsmodul wird während dieses Vorgangs der Zugriff verweigert, anderenfalls ist die Adresse an diesem Anschluß die von der letzteren Modulsteuerung präsentierte. Wenn keine nächste Nutzlast vorliegt, muß eine geeignete Fehlerbehebung angewendet werden, um Oktette zu interpolieren. Die Oktett-Adresse des Rahmens von der Rückebene wird verwendet, um auf die Abbildung zuzugreifen und dadurch den Kanal zu identifizieren, zu dem das Oktett bei dieser Adresse in den Rahmen gehört.
• Die Nutzlasten werden daher für irgendeinen vorgegebenen Kanal zusammengefügt, in der Zeitschlitz-Sequenzreihenfolge dieser Kanal-Oktette in dem Rahmen. Wenn sie vollständig sind, werden die Nutzlasten in ATM-Zellen eingebaut, wie vorstehend beschrieben, und in dem Netzwerk versandt. Bei der Ankunft werden die Nutzlasten gepuffert, und unter der Einwirkung der gleichen Abbildung werden die Oktette auf Anfrage für jeden gegebenen Kanal entfernt, wiederum in der Zeitschlitz- Sequenzreihenfolge der Kanal-Oktette in dem Rahmen.
• Der Prozeß der Übertragungsanpassungsvorrichtung (Transmission Adaption Device = TAD) ist in Fig. 9 dargestellt. Dieser ist ähnlich zu dem vorstehend beschriebenen Betrieb des AVJ, außer daß die Kanal-Oktette frei sind, um der Reihe nach verteilt zu werden, sowohl beim Zusammenfügen als auch beim Zerlegen der Nutzlasten der zugehörigen VC. Die Verteilung bzw. Permutation kann nur innerhalb der Grenzen eines angenommenen Teilrahmens erfolgen, dessen Länge der Anzahl der Oktette für den vorgegebenen Kanal in einem einzigen Rahmen (d. h. n · 64 kb/s in dem 1251ls-Zyklus) entspricht. In der Abbildung bezeichnet das erste Auftreten von jedem Kanalidentifizierer eine Füll-Schrittlänge, die der Länge des Teilrahmens entspricht. Mit jedem Kanalidentifizierer ist ein Offset gepaart, der die Position in dem Teilrahmen in der Nutzlast anzeigt, die zusammengefügt wird. Nach jedem 1251ls-Zyklus wird der Beginn des Teilrahmens implizit durch die Füll-Schrittlänge für jeden Kanal bewegt. Der Zugangsprozeß weist die identische Funktion auf. Die Abbildung kann jedoch frei gewählt werden, um die Reihenfolge zu ändern, mit der Oktette von dem Teilrahmen von irgendeinem Kanal entfernt werden, und zusätzlich die Reihenfolge, in der auf die Kanäle zugegriffen wird. Auf diese Weise kann eine Zeitschlitz-Austauschfunktion implementiert werden.
• Die Zeitschlitze können beliebig auf der Zugangs- oder der Ausgangsseite ausgetauscht werden. Eine von mehreren VCs kann verwendet werden, und Zeitschlitze können zwischen VCs ausgetauscht werden.
• Für die Gemeinsame-Nachfrage-Anwendung wird die Einrichtung zur Erfassung einer Veränderung der Rate von n auf n + 1 als der Ratenanpassungsprozeß bezeichnet und ist wie folgt implementiert. Die Rate kann nur an einer Rahmengrenze bezüglich der Rückebene geändert werden. Die Änderung der Rate in der Nachfragegemeinschaft wird auf einem AAL5-Kanal vorzeitig signalisiert, und es verbleibt die Einrichtung, um diese Ratenänderungen innerhalb des Bandes zu erfassen. Dies wird erzielt, indem die erwartete Veränderung mit einer SAR-PDU-Zeigerverletzung korreliert wird, die um eine Position außerhalb liegen wird. Es ist jedoch eine zuverlässige Einrichtung zur Unterscheidung der Ratenänderungszeigerverletzung von anderen Zeigerfehlern erforderlich, wie die Einrichtung zur Steuerung der möglichen Fehler ausdehnung, falls die bestimmte, den Zeiger enthaltende Zelle verloren gehen oder mit Fehlern behaftet sein sollte.
• Bei erneuter Betrachtung von Fig. 2 ist zu erkennen, daß ein Sequenznummern-Schutzfeld eingezeichnet ist. Dieses besteht aus einem 3-Bit zyklischen redundanten Code (Cyclic Redundancy Code = CRC) und einem geraden Paritäts-Bit. Der ITU-Standard bestimmt, daß der normale Zustand die Durchführung der Fehlerkorrektur ist. Dies kann erfolgen, indem das Syndrom des CRC verwendet wird. In dieser Betriebsart muß jedoch angenommen werden, daß alle nicht-Null-Syndrome einzelne Bit-Fehler sind. Folglich können andere ungerade Zahlen von Fehlern in diesem Feld durch die Paritätsbit-Verletzung erfaßt werden. Diese Fehlerhäufung ist jedoch bezüglich ihrer Wahrscheinlichkeit des Auftretens sehr viel kleiner als einzelne Bit-Fehler. Diese Fehlererkennung wird ausgewertet, indem die Parität der SAR-PDU-Sequenznummer jedesmal geändert wird, wenn eine Ratenänderung erforderlich ist. Beim Zugangsprozeß kann ein gültiger CRC und Zeiger dazu verwendet werden, das Vorzeichen des Paritäts-Bits zu korrelieren. Normalerweise kann ein gültiger CRC und eine Verletzung der mit einer Zeigerverletzung korrelierten Parität dazu verwendet werden, die Veränderung der Rate mit sich zu bringen. Eine Paritätsverletzung selbst würde zu einem Fehler führen. Eine Fehlerausbreitung aufgrund des Verlustes der Zeigerzelle kann auf diese Zelle eingeschränkt werden, weil alle nachfolgenden Zellen eine Sequenznummer mit invertierter Parität enthalten, und daher sehr viel mehr dazu geeignet sind, die Veränderung der Rate als einen Fehler anzuzeigen, beim Fehlen von CRC-Fehlern.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Anpassung einer blockierungsfreien Breitband-ATM-Vermittlung (12) (ATM = Asynchronous Transfer Mode = asynchrones Übertragungsverfahren), die eine Vielzahl von Anschlüssen aufweist, um eine Vermittlungsfunktion für Schmalband-Verkehr bereitzustellen, wobei die Vorrichtung adaptive virtuelle Verbindungssätze (14) einschließt, von denen jedem Vermittlungsanschluß einer zugeordnet ist, um den Zugang zu und den Austritt aus der Vermittlung zu ermöglichen, und von denen jeder Einrichtungen zum Zusammenfügen und Zerlegen (Fig. 5) von ATM-Nutzlasten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder adaptive virtuelle Verbindungssatz eine virtuelle Verbindung (Virtual Connection = VC) mit jedem anderen adaptiven virtuellen Verbindungssatz aufweist, wobei jede virtuelle Verbindung eine Anzahl von virtuellen Schaltungen umfaßt, und wobei Einrichtungen mit jedem adaptiven virtuellen Verbindungssatz in Verbindung stehen, um auf einer Ruf-für-Ruf-Grundlage die Anzahl von virtuellen Schaltungen auf jeder virtuellen Verbindung zu steuern, die mit diesem adaptiven virtuellen Verbindungssatz in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlung weiterhin eine Vielzahl von Übertragungsanpassungsvorrichtungen (Transmission Adaption Devices = TAD) umfaßt, die einen Kapazitätspool zum Aufbau von Verbindungen zwischen der Vermittlung und einer oder mehreren weiteren ATM-Vermittlungen ergeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlung einen synchronen Rückebenen-Bus (31) aufweist, der sowohl Leitungen als auch Übertragungsleitungen bedient, wobei die Rückebene Verkehrkanäle in Rahmen überträgt, wobei jeder Kanal eine zugehörige Rahmen- Oktett-Adresse aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, die Abbildungseinrichtungen einschließt, um Rahmen-Oktett-Adressen mit entsprechenden Kanälen zu korrelieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder adaptive virtuelle Verbindungssatz Einrichtungen aufweist, um jede Adresse auf der Nutzlast einer entsprechenden virtuellen Schaltung abzubilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder adaptive virtuelle Zugangs- Verbindungssatz Einrichtungen aufweist, um einem entsprechenden adaptiven virtuellen Ausgangs-Verbindungssatz Informationen zu signalisieren, die eine Veränderung der Anzahl von virtuellen Schaltungen auf der dazwischenliegenden virtuellen Verbindung identifizieren.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder adaptive virtuelle Ausgangs- Verbindungssatz Einrichtungen zum Zusammenfügen von ATM-Zellennutzlasten und zur Erzeugung entsprechender Kanalidentifizierer, einen Speicher zur Speicherung der Zellennutzlasten und eine Zeitsteuerung aufweist, um jede gespeicherte ATM-Zelle mit einem dem Kanalidentifizierer entsprechenden Kopf zu versehen und die mit einem Kopf versehenen Zellen zum Versandt einzureihen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder adaptive virtuelle Eingangs- Verbindungssatz Einrichtungen zur Entfernung der Köpfe der ankommenden ATM-Zellen, einen Speicher zur Speicherung der Nutzlasten der empfangenen Zellen und Einrichtungen einschließt, die mit den Abbildungseinrichtungen zur Zuweisung von Rahmenadressen zu den Nutzlasten in Verbindung stehen.

9. Verfahren zum Vermitteln von Schmalband-Verkehr in der asynchronen Übertragungsbetriebsart (Asynchronous Transfer Mode = ATM) über eine blockierungsfreie Breitband-ATM-Vermittlung, die eine Vielzahl von Anschlüssen aufweist, wobei das Verfahren die Zuordnung von adaptiven virtuellen Verbindungssätzen, einer zu jedem Vermittlungsanschluß, umfaßt, um den Zugang zu und den Austritt aus der Vermittlung zu ermöglichen, und von denen jeder Einrichtungen zum Zusammenfügen und Zerlegen von ATM-Nutzlasten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder adaptive virtuelle Verbindungssatz eine virtuelle Verbindung mit jedem anderen adaptiven virtuellen Verbindungssatz aufweist, wobei jede virtuelle Verbindung eine Anzahl von virtuellen Schaltungen umfaßt, und wobei Einrichtungen mit jedem adaptiven virtuellen Verbindungssatz in Verbindung stehen, um auf einer Ruf-für-Ruf-Grundlage die Anzahl der virtuellen Schaltungen auf jeder virtuellen Verbindung zu steuern, die mit diesem adaptiven virtuellen Verbindungssatz in Verbindung steht.