DE10163480A1

DE10163480A1 - Taktsynchronisationsverfahren in einem Kommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE10163480A1
Application number: DE2001163480
Authority: DE
Inventors: Andreas Mueller; Alfons Wahr
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation eines Kommunikationsnetzwerkes mit einer Vielzahl untereinander verbundener Netzelemente, wobei mindestens ein Netzelement externe Taktinformation erhalten kann, die mit einer vorgegebenen Grundqualität entsprechend ihres Ursprunges behaftet ist, und die Netzelemente des Kommunikationsnetzwerkes die ihnen vorliegenden Taktinformationen benachbarten Netzelementen weiterleiten, indem sie die Datenübertragung auf diese Taktinformationen synchronisieren und die benachbarten Netzelemente die Taktinformation aus der ankommenden Datenübertragung entnehmen, wobei jedes Netzelement beim Weiterleiten einer Taktinformation, zusätzlich eine Information über die Fehlerhaftigkeit der Taktinformation (=Fehlerinformation) aufgrund ihrer Durchleitung durch das Netzelement überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Taktsynchronisation eines Kommunikationsnetzwerkes, insbesondere eines SDH- oder SONET-Netzes, oder eines Teilnetzes eines Kommunikationsnetzwerkes mit einer Vielzahl untereinander durch Datenübertragung verbundener Netzelemente, wobei Netzelemente externe Taktinformationen erhalten können und mehrere Netzelemente die ihnen vorliegenden Taktinformationen an benachbarte Netzelemente weiterleiten. Unter Taktinformation ist hier ein Synchronisationstakt mit zugehöriger Qualitätsinformation zu verstehen.

Solche Kommunikationsnetzwerke, speziell SDH und deren Technologie, sind allgemein bekannt und seit 1988 von ITU in einem weltweiten Standard definiert. Bezüglich eines Überblicks wird auf das "Lexikon der Datenkommunikation" ISBN 3-8266- 4089-6 unter dem Stichwort "SDH, synchronous digital hierarchy (Synchrone digitale Hierarchie)" und die zitierten Querverweise hingewiesen.

Die Technologie der Synchronen Digitalen Hierarchie (SDH) basiert auf der synchronen Übertragung von Daten zwischen einer Vielzahl untereinander in Verbindung stehender Netzelemente, deren Sende- und Empfangstakt nur sehr geringe Abweichungen aufweisen dürfen. Sind diese Abweichungen zu groß, so treten Übertragungsfehler auf, die eine zuverlässige und fehlerfreie Informationsübertragung verhindern. Es ist daher wesentlich, die einzelnen Netzelemente des Netzwerkes bezüglich ihrer Datenübertragungsfrequenz zu synchronisieren. In den Kommunikationsnetzwerken wird dies dadurch erreicht, dass an wenigen Stellen des Netzes ein hochgenauer externer Takt über ein sogenanntes "Taktmaster"-Netzelement eingespeist und ausgehend von diesem Netzelement, der Takt an nachfolgende Netzelemente weiter verteilt wird. Meist geschieht die Übertragung des Taktes indirekt durch die Übertragung eines Datensignals aus dem die empfangenden Netzelemente das Taktsignal zurückgewinnen und ihren internen Systemtakt damit synchronisieren und gleichzeitig den eigenen gewonnenen Systemtakt wieder an die nächsten benachbarten Netzelemente weitergeben. Es entsteht auf diese Weise eine Taktübertragung von Netzelement zu Netzelement, wobei zwischen der Taktübertragung jeweils eine Bearbeitung und damit eine Beeinflussung der übertragenen Taktinformationen stattfinden kann.

Bei komplexeren Kommunikationsnetzwerken können aufgrund dieser seriellen Taktübertragung zwischen einer Vielzahl von Netzelementen zwei grundsätzliche Probleme entstehen. Zum einen besteht die Möglichkeit, dass es bei vermaschten Topologien des Kommunikationsnetzwerkes zu einer sogenannten Schleifenbildung bei der Taktweiterleitung kommt, wobei ein Rotieren der Taktqualitätsinformation erfolgen kann und es dadurch zu Problemen bei der Datenübertragung kommt. Zum anderen kann ein Problem dadurch auftreten, dass Netzelemente zum Teil mehrere Taktinformationen erhalten, jedoch an Hand der zur Verfügung stehenden Informationen keine ausreichenden Entscheidungskriterien besitzen, nach denen die in ihrer Qualität tatsächlich bessere Taktinformation ausgewählt werden kann. Hierdurch kann es vorkommen, dass ein Netzelement eine schlechtere Taktinformation benutzt und an ein benachbartes Netzelement weitergibt, obwohl ihm eine wesentlich bessere Taktinformation zur Verfügung steht.

Im Stand der Technik gibt es verschiedene Ansätze diese Probleme zu lösen. So kann beispielsweise ein Kommunikationsnetz in Netzhierarchien eingeteilt werden, wobei jede Hierarchieebene eine eigene Taktversorgung hat und die Subnetze einer Hierarchieebene bezüglich der Anzahl ihrer Netzelemente so klein gehalten wird, dass die oben genannten Probleme, aufgrund der begrenzten Größe des Netzes, nicht entstehen. Es wird also das Problem an sich umgangen.

Eine andere und zum Teil praktizierte Vorgehensweise besteht darin, dass die Anzahl der Netzelemente, die sich synchronisationsmäßig in einer Reihe befinden, manuell oder durch ein Software-Programm durch Eingabe des Netzplanes ermittelt und die Synchronisationsplanung durch manuelles Eingreifen abgestimmt wird. Diese Art der Planung ist zwar sehr genau, kann aber auftretende Fehlerfälle nicht ausreichend berücksichtigen. Eine weitere Folge einer solchen manuellen Synchronisationsplanung liegt darin, dass bei Topologieänderungen oder Änderungen der Anzahl der Netzelemente eine neue von Hand vorzunehmende Synchronisationsplanung notwendig ist. Dies impliziert eine schwer zu ermittelnde Fehlerquelle, erzeugt einen großen Aufwand und verhindert eine flexible Reaktion auf Störungen im Netzwerk.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Synchronisation eines Kommunikationsnetzwerkes zu finden, welches frei von manuellen Eingriffen ist, eine Taktschleifenbildung verhindert, Netzelementen die Möglichkeit gibt, aus mehreren angebotenen Taktsignalen das jeweils hochwertigste Taktsignal für die weitere Verarbeitung selbstständig auszuwählen und ausgehend vom Taktmasternetzelement immer optimal die kürzesten Synchronisationswege zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Die Erfinder haben erkannt, dass die oben beschriebenen Probleme eines Kommunikationsnetzwerkes dadurch gelöst werden können, dass jedes Netzelement, welches Taktinformationen verarbeitet und weitergibt, zusätzlich zur Weiterleitung der Taktinformation auch Informationen über die selbsterzeugte Fehlerhaftigkeit bei der Bearbeitung der Taktinformation weitergeben kann, so dass das nachfolgende Netzelemente, aufgrund dieser Informationen, Rückschlüsse auf die Herkunft, Historie und Qualität der erhaltenen Taktinformation ziehen kann und durch entsprechende Auswertung dieser erweiterten Taktinformationen entweder eine Weitergabe der entsprechenden Informationen unterdrücken oder die jeweils beste ihm zur Verfügung stehende Taktinformation verwerten kann. Unter der erweiterten Taktinformation ist hier ein Synchronisationstakt mit zugehöriger Qualitätsinformation und Information zur Historie bzw. Fehlerhaftigkeit bezogen auf den Taktmaster zu verstehen.

Im einfachsten Fall kann dies dadurch geschehen, dass jedes Netzelement, durch welches eine Taktinformation verarbeitet und weitergeleitet wird, der Taktinformation in geeigneter Weise einen Wert hinzufügt, beispielsweise einen Zähler über die Anzahl der bisher durchlaufenen Netzelemente (Netzelemente-Zähler) aktualisiert, so dass dem nachfolgenden Netzelement Informationen zur Verfügung gestellt werden, die es erlauben eine Schleifenbildung der Taktversorgung zu unterdrücken und/oder auszuwählen welche der ihm zu Verfügung stehenden Takte qualitativ hochwertiger ist und eine automatische Optimierung des Synchronisationsweges durchzuführen.

Entsprechend dieser Erkenntnis schlagen die Erfinder vor, das Verfahren zur Synchronisation eines Kommunikationsnetzwerkes oder eines Teilnetzes eines Kommunikationsnetzwerkes mit einer Vielzahl untereinander durch Datenübertragung verbundener Netzelemente zu verbessern, wobei in bekannter Weise ein Netzelement eine externe Taktinformation erhalten kann und wobei weiterhin mehrere Netzelemente die ihnen vorliegenden Taktinformationen an benachbarte Netzelemente weiterleiten. Die Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Netzelemente beim Weiterleiten einer Taktinformation eine zusätzliche Information über die Fehlerhaftigkeit der Taktinformation aufgrund ihrer Durchleitung durch das Netzelement neu bilden und übertragen können.

Durch diese neue Information bezüglich der Fehlerhaftigkeit der Taktinformation und deren Veränderung beim Durchleiten durch ein Netzelement wird es nun möglich, innerhalb des Kommunikationsnetzwerkes eine Schleifenbildung der Taktversorgung zu unterdrücken, beziehungsweise bei Netzelementen, die mehrere erweiterte Taktinformationen erhalten, eine Auswahlmöglichkeit zu schaffen, welche der erhaltenen Taktinformationen am vorteilhaftesten für die Weiterverarbeitung verwertet werden sollen. Durch die letztere Auswertung wird erreicht, dass sich automatisch eine optimale Synchronisation innerhalb der Kommunikationsnetzwerke einstellt, da hierdurch jeweils eine dynamische Neuverteilung der aufrecht erhaltenen Taktinformationen innerhalb des Netzwerkes bewirkt wird.

Im einfachsten Fall kann die Fehlerinformation, welche der Taktinformationen aufgrund ihrer Durchleitung durch das jeweilige Netzelement mitgegeben wird, ein einfacher Zähler sein, der bei jedem Durchleiten durch ein Netzelement erhöht wird. Wird dieser Zähler beispielsweise jeweils um den Betrag 1 erhöht, so weiß das nachfolgende Netzelement jeweils über wie viele Netzelemente die Taktinformation bereits gelaufen ist und kann aufgrund der Größe des Zählers entscheiden, ob diese Taktinformation weiterverwertet werden darf oder nicht.

Erfindungsgemäß kann hierbei ein bestimmter Grenzwert für den Zähler, oder auch Fehlerwert falls nicht mit ganzen Zahlen gerechnet wird, vorgegeben werden, ab dem die Netzelemente die entsprechende Taktinformationen nicht mehr verwerten. Geht man hierbei davon aus, dass alle externen Taktinformationen zunächst die gleiche Qualität besitzen und durch jedes Weiterleiten dieser Taktinformation durch ein Netzelement sich die Qualität in gleicher Weise verschlechtert, so wird hierdurch erreicht, dass grundsätzlich Taktinformationen, die eine bestimmte Qualität aufgrund der Anzahl der durchlaufenden Netzelemente unterschreiten, nicht verwertet werden. Andererseits wird hierdurch auf einfache Weise eine Schleifenbildung verhindert. So kann der vorgegebene Wert für die Anzahl der maximal durchlaufenden Netzelemente der maximalen Anzahl von untereinander verbundenen Netzelementen eines Rings entsprechen, so dass hierdurch verhindert wird, dass die Taktinformation diesen Ring mehr als einmal durchläuft.

Die Erfinder schlagen weiterhin vor, dass das Netzelement, welches mehrere Taktinformationen erhält, unter Zuhilfenahme der Fehlerinformation entscheidet, welche Taktinformation es zur Synchronisation und für die Datenübertragung benutzt.

Zusätzlich zu der veränderlichen Fehlerinformation kann auch die Grundqualität einer Taktinformation entsprechend ihres Ursprunges mit weitergegeben werden. Eine derartige Information über die Grundqualität eines externen Taktsignals ist grundsätzlich in den SDH-Verfahren an sich bekannt und wird in der Regel über das sogenannte S1-Byte in den letzten 4 Bits übertragen.

In einer anderen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von den Erfindern vorgeschlagen, dass die Fehlerinformation ein Wert ist, der bei jedem Durchleiten durch ein Netzelement um einen Betrag verändert wird, welcher der Größe der Fehleränderung entspricht, vorzugsweise zur Fehleränderung proportional ist. Durch diese Ausbildung des Verfahrens wird es möglich, unterschiedliche Eigenschaften bezüglich ihres Einflusses auf die übertragene Taktinformation zu berücksichtigen. Beispielsweise können hier sehr hochwertige Netzelemente, die die Taktinformation nur sehr gering beeinflussen, eine sehr geringe Vergrößerung des Wertes der Fehlerinformation erzeugen, während geringwertige Netzelemente, die die Fehlerinformation stark beeinflussen, eine hohe Änderung des Wertes der Fehlerinformation bewirken.

Insbesondere besteht hierbei auch die Möglichkeit, Netzelemente, die durch eingebauten Taktregenerator eine Verbesserung der Taktinformation erreichen, dahingehend zu berücksichtigen, dass diese den Wert der Fehlerinformation so verändern, dass sich auch eine Verbesserung des Taktsignals in dieser Fehlerinformation widerspiegelt.

Werden in einem Kommunikationsnetzwerk externe Taktinformationen eingespeist, die originär unterschiedliche Qualität aufweisen, so besteht die Möglichkeit diese unterschiedliche Qualität der ursprünglichen Taktquelle ebenfalls weiterzugeben. Hierdurch können Netzelemente, die gleichzeitig mehrere Taktinformationen erhalten, jeweils die Taktinformation verwerten und gegebenenfalls weitergeben, die aufgrund der Fehlerinformation und der Qualität der ursprünglichen Taktquelle die beste Zuverlässigkeit aufweist. So kann ein Netzelement einerseits die Taktinformation von einer sehr nahe gelegenen Einspeisung mit niedriger ursprünglicher Qualität erhalten und gleichzeitig die Taktinformationen einer sehr entfernt gelegenen Einspeisung mit einer Vielzahl von dazwischen liegenden Netzelementen, die jedoch zwischenzeitlich mehrfach wieder aufbereitet wurden, erhalten, wobei durch die Auswertung der Kombination aus Qualität und den zwischenzeitlich entstandenen Fehlern es möglich ist, die jeweils zuverlässigere Taktinformation auszuwählen.

Die Übertragung der Taktinformationen kann entweder über ein gesondertes Taktsignal oder, wie es bei den meisten Kommunikationsnetzwerken der Fall ist, durch die Datenübertragung selbst erfolgen, wobei die Netzelemente die Taktinformation wieder aus der ankommenden Datenübertragung direkt entnehmen.

Vorteilhaft kann es weiterhin sein, wenn die Weiterleitung der Fehlerinformation durch Einfügung oder Veränderung eines Wertes in den zwischen den Netzelementen übertragenen Daten, beispielsweise im sogenannten "S1-Byte im Overhead" der Daten und dort vorzugsweise in den Bits 1-4, erfolgt.

Entsprechend dem grundlegenden Erfindungsgedanken schlagen die Erfinder neben dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Netzelement vor, welches einen Mikroprozessor mit einem Programmspeicher aufweist, wobei Programme oder Programm-Module vorgesehen sind, die die oben dargelegten Verfahren ausführen.

Des Weiteren wird ein Kommunikationsnetzwerk vorgeschlagen, welches mindestens zwei solche Netzelemente aufweist.

Ebenso gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, welche die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt, wenn die Programmcode- Mittel in einem Netzelement eines Kommunikationsnetzwerkes ausgeführt werden. Dies beinhaltet auch einen Datenträger mit dem zuvor beschriebenen Computerprogrammprodukt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben. Es zeigen im einzelnen:
Fig. 1 Teilnetz eines Kommunikationsnetzwerkes mit Netzelemente-Zähler und gerader Netzelementeanzahl;
Fig. 2 Teilnetz eines Kommunikationsnetzwerkes mit Netzelemente-Zähler und ungerader Netzelementeanzahl;
Fig. 3 Teilnetz eines Kommunikationsnetzwerkes mit Netzelemente-Zähler und Qualitätsangabe der ursprünglichen Taktinformation vor einem Taktgeber- Ausfall;
Fig. 4 Teilnetz eines Kommunikationsnetzwerkes mit Netzelemente-Zähler und Qualitätsangabe der ursprünglichen Taktinformation nach einem Taktgeber- Ausfall;
Fig. 5 Teilnetz eines Kommunikationsnetzwerkes mit unterschiedlich großen Fehlerbeeinflussungen und einem Taktregenerator;
Fig. 6 Teilnetz eines Kommunikationsnetzwerkes zur Darstellung der Taktschleifenverhinderung.
Die Fig. 1 zeigt ein typisches Teilnetz TN1 eines Kommunikationsnetzwerkes, welches aus 22 Netzelementen NE 1 bis NE 22besteht, die über eine Datenleitung ringförmig untereinander verbunden sind. Zur Verdeutlichung der Substruktur dieses Teilnetzwerkes TN1 ist zusätzlich die Verbindung zu den Teilnetzwerken TNn gestrichelt dargestellt, die zusammen mit dem Teilnetz TN1 das gesamte Kommunikationsnetzwerk bilden.
Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in diesem Beispiel ein einfacher Netzelemente-Zähler verwendet. Dieses Beispiel ist übertragbar auf die oben angeführte Fehlerinformationsbehandlung.
Im Teilnetzwerk TN1 enthält das Netzelement NE 1 als einziges Netzelement eine externe Taktinformation T, welche es selbst zur Taktsynchronisation des internen Taktgebers T0 verwendet. Durch die Datenkommunikation mit den benachbarten Netzelementen NE 2 und NE 22 übergibt das Netzelement NE 1 diese Taktinformation an die benachbarten Netzelemente, wobei es zusätzlich einen Netzelemente-Zähler Z weitergibt, der, da die Taktinformation ein Netzelement durchlaufen hat, hier den Wert 1 aufweist. Im oberen Pfad der Netzelemente verwenden die angekoppelten Netzelemente NE 2 bis NE 11 die jeweils an sie weitergeleitete Taktinformation, wobei jedes einzelne Netzelement den Netzelemente-Zähler um den Betrag 1 erhöht, so dass letztendlich das Netzelement NE 12 eine Taktinformation vom Netzelement NE 11 mit dem Netzelemente-Zählerwert 11 erhält.
Im unteren Pfad der Ringverbindung wird ebenso verfahren. Das Netzelement NE 1 gibt die Taktinformation an das Netzelement NE 22 mit dem Netzelemente-Zählerwert Z = 1 weiter, jedes nachfolgende Netzelement NE 21 bis NE 13 erhöht den Netzelemente- Zählerwert jeweils um den Betrag 1, so dass schließlich das Netzelement 13 seine Taktinformation mit dem Netzelemente- Zählerwert Z = 11 an das Netzelement 12 weitergibt. Im Netzelement NE 12 laufen somit zwei Taktinformationen mit gleichem Netzelemente-Zählerwert Z = 11 ein. Das Netzelement NE 12 entscheidet gemäß der Prioritätsverteilung, welche der beiden Taktinformationen es selbst verwendet, und gibt die verwendete Taktinformation an benachbarte Netzelemente in den Teilnetzwerken TNn weiter. Somit ist hier auf erfindungsgemäße Weise dafür gesorgt, dass durch die Fehlerinformation in Form des Netzelemente-Zählerwertes eine Synchronisationswegeoptimierung realisiert ist.
Dieses Beispiel zeigt deutlich, dass durch die Verwendung der Zusatzinformation des Netzelemente-Zählerwertes ausgehend von dem Netzelementemaster NE 1 in jedem Halbring die geringste Fehlergröße (hier gleichbedeutend mit der Netzelementeanzahl) entsteht, was automatisch zur geringsten Fehlersumme führt und damit das Netz optimal einstellt. Dieses Beispiel zeigt auch, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die verwendete Taktquelle nach der Ursprungsqualität von T und der Fehlergröße ausgewählt wird, die vergebene Priorität hingegen entscheidet erst bei mehreren gleichwertigen Taktinformationen (im Beispiel NE 12) über die zu verwendende Taktquelle. Im Netzelement NE 12 wird durch die Prioritätenvergabe 1 die empfangene Taktinformation von NE 11 verwendet. Bei den nichtverwendeten Netzverbindungen (im Beispiel die Verbindung von NE 12 nach NE 13 und TNn) wird die neu gebildete Taktinformation (im Beispiel mit dem Zählerwert 12) übertragen.
Eine entsprechende Situation ist in der Fig. 2 nochmals dargestellt, wobei diese sich gegenüber der Fig. 1 dadurch unterscheidet, dass eine ungerade Anzahl von Netzelementen, nämlich 23 Netzelemente NE 1 bis NE 23 im Teilnetz TN1 zusammengefasst sind. Hier kommt es nicht zu der Situation, dass ein Netzelement von zwei Seiten die Taktinformationen mit gleicher Zählerzahl erhält, sondern es wird zwei Netzelemente - hier das Netzelement NE 12 und 13 - geben, welche von der einen Seite eine Taktinformation mit niedrigerem Netzelemente-Zählerwert als von der anderen Seite erhalten. In diesem Fall wird das Netzelement 12 beziehungsweise 13 zwar noch eine Taktinformation an das Netzelement NE 13 beziehungsweise 12 weitergeben, jedoch findet dort keine Übernahme der Taktinformation in die Richtung bereits vorhandener niedrigerer Netzelemente-Zählerwerte statt. Auch hier wird die Taktfehlergröße automatisch minimiert und damit das Synchronisationsnetz optimiert. Im Unterschied zum Beispiel in Fig. 1 verschiebt sich in Fig. 2 die synchronisationsmäßige Ringteilung vom Netzelement NE 12 in die Verbindungsleitung zwischen NE 12 und NE 13.
Fällt in einem solchen System gemäß der Fig. 1 oder 2 der Taktgeber T des Netzelementes NE 1 aus, so kann sich automatisch durch einen neuen externen Taktgeber, beispielsweise durch die Verbindung zum restlichen Teilnetz TNn beim Netzelement NE 12, das Teilnetz TN 1 neu auf diese Taktinformation aufsynchronisieren, indem nun das Netzelement NE 12, das von den Nachbarnetzelementen NE 11 und NE 13 keine gute Taktinformationen mehr erhält, die vom Teilnetz TNn erhaltene Taktinformation übernimmt, den Netzelemente-Zählerwert erhöht und in Richtung der beiden benachbarten Netzelemente NE 11 und NE 13 weitergibt. Die benachbarten Netzelemente verfahren dann in der zuvor beschriebenen Weise mit dieser Taktinformation und leiten sie entsprechend weiter. Auch hierbei wird automatisch eine Synchronisationswegeoptimierung innerhalb des Teilnetzes TN 1 erreicht, da die gleichen oben beschriebenen Mechanismen bei einer sich vergrößernden Fehlerinformation greifen. Dadurch stellt sich zum Beispiel in einer Netzkonfiguration gemäß Fig. 2 die Synchronisationsringteilung wieder neu und optimal zwischen den Netzelementen NE 1 und NE 23 ein.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere und verfeinerte Variante der Übertragung von Fehlerinformation in einem Kommunikationsnetzwerk. Ähnlich den Fig. 1 und 2 ist hier auch ein Teilnetz TN1 dargestellt, welches mit dem restlichen Teilnetz TNn des Kommunikationsnetzes verbunden ist. Das Teilnetz TN1 hat acht Netzelemente NE 1 bis NE 8, die durch eine Datenringleitung untereinander verbunden sind und Daten austauschen.
Es liegen drei externe Taktgeber T vor, die den Netzelementen NE 1, NE 5 und NE 8 Taktinformationen unterschiedlicher Ursprungsqualität Q = 1, 2 und 3 zur Verfügung stellen.
Das Netzelement NE 1 erhält eine externe Taktinformation T mit der Qualität Q = 1, verwertet diese Taktinformation im internen Taktgeber TO und übergibt, da keine andere bessere Taktinformation zur Verfügung steht, diese Taktinformation an die benachbarten Netzelemente NE 2 und NE 8, zusammen mit dem Netzelemente-Zählerwert Z = 1 und der Qualitätsinformation Q = 1. Zur Verdeutlichung der Erfindung wird hier eine einfache Rechenweise zur Ermittlung der letztendlichen Wertigkeit der Taktinformation beispielhaft dargestellt, wobei die Wertigkeit der Taktinformation w = 1/(Q.Z) sein soll. Hieraus ergibt sich eine Wertigkeit der Taktinformation vom Netzelement NE 1 zum Netzelement NE 2 mit w = 1.0. Das Netzelement NE 2 verarbeitet diese Taktinformation, erhöht den Netzelemente- Zählerwert Z um den Wert 1 und gibt diese Werte in Verbindung mit der Taktinformation an das nachfolgende Netzelement NE 3 weiter, so dass das Netzelement NE 3 - entsprechend der hier definierten Rechenregel - eine Taktinformation mit der Wertigkeit w = 0.5 erhält. Entsprechend wird die Taktinformation auch vom Netzelement NE 3 an das Netzelement NE 4 weitergeleitet, welches aufgrund der gelieferten Daten für den Netzelemente-Zähler Z = 3 und die Ursprungsqualität Q = 1 der externen Taktinformation eine Wertigkeit der erhaltenen Taktinformation von w = 0.33 berechnen kann. Gleichzeitig erhält das Netzelement NE 4 vom Netzelement NE 5 kommend, welches eine externe Taktinformation der Qualität Q = 2 erhalten hat und an das Netzelement NE 4 weiter gibt, auf dieser Seite eine Taktinformation mit der Wertigkeit w = 0.5. Da diese Wertigkeit der vom Netzelement NE 5 kommenden Taktinformation höher ist als die Wertigkeit der Taktinformation vom benachbarten Netzelement NE 3, wird das Netzelement NE 4 die Taktinformation mit der höheren Wertigkeit verwenden und an das Netzelement NE 5 keine weitere Taktinformation übertragen. Entsprechend der oben dargestellten Vorgehensweise überträgt das Netzelement NE 5 seine aus der externen Taktquelle gewonnene Taktinformation auch an das Netzelement NE 6, wobei sich hier auch eine Wertigkeit von 0.5 ergibt, die für das Netzelement NE 6 höherwertig ist, als die vom Netzelement NE 7 erhaltene.
Das Netzelement NE 8 erhält ebenfalls eine externe Taktinformation mit der Qualität Q = 3. Diese Taktinformation wird jedoch vom Netzelement NE 8 ignoriert, da die vom Netzelement NE 1 übertragene Taktinformation mit der Wertigkeit w = 1.0 qualitativ hochwertiger ist, so dass das Netzelement NE 8 intern diese Taktinformation verwertet und auch zum Netzelement NE 7 bei gleichzeitiger Erhöhung des Netzelemente- Zählerwertes auf Z = 2 weitergibt.
Das Netzelement NE 6 erhält auf gleiche Weise die Taktinformation vom Netzelement NE 7 mit der Wertigkeit w = 0.33 und vom Netzelement NE 5 mit Wertigkeit w = 0.5. Da die Taktinformation des Netzelementes NE 5 höherwertiger ist, verwendet das Netzelement NE 6 diese Taktinformation und gibt die vom Netzelement NE 7 erhaltene Taktinformation nicht weiter.
Auf diese Weise wird also automatisch im Teilnetz TN1 jeweils die günstigste, zur Verfügung stehende Taktinformation verwendet.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Berechnung der Wertigkeit nach der Formel w = 1/(Q.Z) lediglich beispielhaft und im Sinne der Erfindung auch jegliche andere, der tatsächlichen Fehlerfortpflanzung näher kommende Rechenregel verwendet werden kann.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass ein Kommunikationsnetzwerk, welches sich entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren synchronisiert, auf sehr einfache und effektive Weise auf den Ausfall einer Taktquelle reagieren kann und dabei dynamisch immer die optimale Lösung findet. Eine solche Situation ist in der Fig. 4 dargestellt, die im Grunde dem in der Fig. 3 gezeigten Kommunikationsnetzwerk entspricht.
Die Fig. 4 zeigt einen Ausfall der externen Taktquelle T mit der Qualität Q = 1 beim Netzelement NE 1 und die sich daraus ergebene Umverteilung der Taktinformations-Weitergabe. Aufgrund des Ausfalls der externen Taktinformation beim Netzelement NE 1 liegt an diesem Netzelement NE 1 keine hochwertige Taktinformation mehr an, so dass auch entsprechend dieses Ausfalls zunächst keine Taktinformation weitergegeben werden kann oder bestenfalls die im Netzelement NE 1 intern vorliegende Taktinformation mit sehr niedriger Qualität verwendet werden kann. Das Netzelement NE 8, welches ursprünglich durch das Netzelement NE 1 mit der Taktinformation versorgt wurde, erkennt nun, dass die ihm zur Verfügung stehende externe Taktinformation mit der Qualität Q = 3 günstiger ist, als die anderen ihm zur Verfügung stehenden Taktinformationen von benachbarten Netzelementen. Dieses Netzelement NE 8 wird nun diese externe Taktinformation selbst verwenden und zusammen mit dem Netzelemente-Zählerwert an die benachbarten Netzelemente NE 1 und NE 7 mit einer Wertigkeit w = 0.33 weitergeben.
Da dem Netzelement NE 1 keine weitere bessere Taktinformation zur Verfügung steht, wird es diese, unter Erhöhung des Netzelemente-Zählerwertes Z auf zwei, auch an das Netzelement NE 2 weitergeben. Das Netzelement NE 2 erhält auch die Taktinformation, welche originär beim Netzelement NE 5 mit der Qualität Q = 2 eingespeist wurde und entsprechend der Erhöhung der Netzelemente-Zählerwerte mit der Wertigkeit w = 0.17 beim Netzelement NE 2 ankommt. Da das Netzelement NE 2 eine Taktinformation mit gleicher Wertigkeit von Netzelement NE 1 erhält, wird entsprechend der Prioritätenvergabe die Taktinformation von Netzelement NE 3 verwendet.
Der gleiche Prozeß läuft auch im unteren Teil des Ringes ab. Das Ergebnis ist eine Synchronisationsringteilung zwischen den Netzelementen NE 6 und NE 7.
Entsprechend dieser sich automatisch ausbreitenden Taktinformationen im Teilnetz TN1 bilden sich hier wieder zwei neue Synchronisationssegmente, in denen jeweils die besten, zur Verfügung stehenden Taktinformationen verwendet werden. Das Teilnetz TN1 baut also automatisch und ohne manuelles Eingreifen, unter Vermeidung von Schleifenbildung, jeweils die optimale Taktsynchronisierung innerhalb des Netzwerkes auf.
In Fig. 5 ist ein Kommunikationsnetz dargestellt, das 22 Netzelemente beinhaltet die ringförmig miteinander verbunden sind. Das Besondere an diesem Beispiel ist, dass es Netzelemente mit unterschiedlicher Taktfehlergröße gibt und ein Netzelement eine Taktregeneratorfunktion enthält. Im Unterschied zu den vorhergehenden Beispielen findet jetzt ein anderes Berechnungsverfahren zur Fehlergrößenermittlung Anwendung. Als praxisnahe Berechnungsformel wird hier die Wertigkeit mit w = 1/Q - Σz_i berechnet. In dieser Formel entspricht Q der Ursprungsqualität der Taktquelle und mit Σz_i die resultierende Fehlergröße nach dem Netzelement NE i.
Das Netzelement NE 1 hat eine externe Taktversorgung mit der Qualität Q = 1, die zusammen mit der Fehlergröße z = 0.05 an die Nachbarelemente NE 2 und NE 22 übertragen wird. Im oberen Teil des Ringes haben die Netzelemente NE 2 bis NE 10 die Fehlergröße z = 0.05. Die Ursachen für diesen Fehlergrößenwert können beispielsweise in der verwendeten Technologie des internen Oszillators, der Klimatisierung am Aufstellungsort des Gerätes oder anderen Einflussgrößen liegen. Das NE 11 ist ein Taktregenerator der die entstandenen Fehler, d. h. die Abweichung des aktuellen Taktsignals von der Ursprungsqualität Q = 1 zu einem großen Teil wieder beseitigt. Deshalb hat dieses Gerät die Fehlergröße z = -0.17. Damit erhält das NE 12 von NE 11 die Information über die Ursprungsqualität Q = 1 und die Fehlergröße z = 0.33.
Im unteren Teil des Ringes haben die Netzelemente eine bessere Qualität bezüglich ihres verursachten Taktfehlers. Deshalb ist die Fehlergröße für NE 22 bis NE 13 z = 0.03 und ist damit geringer als bei den Netzelementen im oberen Teilring. Im unteren Teilring gibt es zwar die gleiche Anzahl an Netzelementen wie im oberen Teilring aber keinen Taktregenerator. NE 12 erhält also nach 11 Netzelementen im unteren Teilring die Information über die Ursprungsqualität Q = 1 und die Fehlergröße z = 0.35. Das Netzelement NE 12 verwendet die bessere Qualität der Taktinformation, die von NE 11 zur Verfügung steht, aktualisiert den Fehlergrößenwert und gibt diese Taktinformation an das NE 13 weiter. Das Netzelement 13 empfängt von NE 14 die bessere Taktinformation und verwendet deshalb diese Verbindung als Taktquelle, aktualisiert die Taktinformation und gibt diese auch in die Richtung zum NE 12 weiter. Die in NE 13 vergebenen Prioritäten sind hier nicht das entscheidende Kriterium welche Taktinformation als Taktquelle für das NE benutzt wird.
Dieses Beispiel macht deutlich, dass die Synchronisationsringteilung nicht immer die Anzahl der verbliebenen Netzelemente im Ring halbiert, sondern die Fehlergröße minimiert. Außerdem ist hier der Einfluss von Taktregenerator und unterschiedlichen Fehlergrößen der einzelnen Netzelemente dargestellt.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass es im Sinne der Erfindung gleichwertig ist, ob zwischen den Netzelementen der Netzelemente-Zählerwert Z und die Ursprungsqualität der Taktinformation Q weitergegeben wird, so dass das empfangende Netzelement die Wertigkeit der empfangenen Taktinformation selbst berechnet, oder ob das sendende Netzelement die Wertigkeit der übertragenen Taktinformation selbst berechnet und lediglich die Wertigkeit weitergibt.
Abschließend wird ein weiteres Beispiel in Fig. 6 angeführt, in dem die Verhinderung von Taktschleifenbildungen durch diese Erfindung aufgezeigt wird. Diese Topologie weicht von der in Fig. 5 gezeigten darin ab, dass alle Netzelemente die Taktfehlergröße einheitlich nach z = z + 0.05 bilden, kein Taktregenerator enthalten ist und am Netzelement NE 11 ein externer Takt mit der Qualität Q = 2 angeschlossen ist. Um die Taktinformations-Zählerwerte leichter nachvollziehen zu können, wird nun als Formel für das Berechnungsverfahren zur Fehlergrößenermittlung praxisgünstig w = w0 - Σz_i verwendet. In dieser Formel entspricht w0 einem taktqualitäts-spezifischem Ausgangswert und Σz_i der resultierenden Fehlerwertgröße nach dem Netzelement NE i.
Liegt am Netzelement NE 1 eine externe Taktversorgung mit der Qualität Q = 1 an, dann wird als Taktinformation diese Taktqualität Q = 1 zusammen mit der ansteigenden Fehlergröße z und/oder dem berechneten Wert w an die Netzelemente NE 2 bis NE 12 auf der oberen Ringhälfte und unten an die Netzelemente NE 22 bis NE 13 weitergegeben. Durch die Prioritätenvergabe im Netzelement NE 12 stellt sich hier entsprechend der Fig. 1 zwischen NE 12 und NE 13 eine Ringteilung ein. In Fig. 6 ist eine Momentaufnahme eines dynamischen Prozesses dargestellt, für den Fall, dass die externe Taktversorgung am Netzelement NE 1 ausfällt. Zum Nachvollziehen der ablaufenden Prozesse ist in diesem Absatz die Ausgangssituation dargestellt.
Fällt am Taktmaster-Netzelement NE 1 der externe Takt mit der Qualität Q = 1 aus, dann wechselt der Taktmaster zunächst in den Holdover-Zustand über mit der Taktqualität Q = 4, die mit z = 0.05 an die Nachbarnetzelemente NE 2 und NE 22 weitergegeben wird. Die Taktinformationen werden in der Praxis in Richtung zum Ringteiler mit unterschiedlicher Geschwindigkeit an die Netzelemente NE 3 bis NE 12 auf der oberen Ringhälfte und unten an die Netzelemente NE 21 bis NE 13 weitergegeben. Wie gleich gezeigt, würde ohne die Erfindung in der Praxis eine Taktschleife entstehen. In diesem Beispiel der Fig. 6 seien die Netzelemente im unteren Ringteil etwas schneller. Dann wechselt das Netzelement NE 14 in den Zustand Q = 4, wenn NE 12 noch die Taktqualität Q = 1 mit z = 0.60 als Taktinformation dem Netzelement NE 13 anbietet, obwohl diese Qualität im ursprünglichen Taktmaster gar nicht mehr vorhanden ist. Die Taktschleife würde dadurch entstehen, dass das Netzelement NE 13 feststellt, dass das Netzelement NE 14 ihm nur noch eine Taktqualität mit Q = 4 anbietet, NE 12 aber noch immer mit Q = 1, deshalb schaltet das NE 13 intern um und verwendet jetzt die scheinbar bessere Taktinformation von NE 12 mit Q = 1. Das NE 13 reicht nun seinerseits seine neue Taktinformation mit Q = 1 und z = 0.65 an das NE 14 weiter. Diese Taktinformation mit Q = 1 wird so bis zum NE 20 weitergereicht, wo nun der Fehlerwert z einen maximal zulässigen Betrag von 1.00 erreicht hat, beziehungsweise der Wert von w auf 0 abgesunken ist. Deshalb darf gemäß vorliegender Erfindung das Netzelement NE 21 diese Taktinformation von NE 20 nicht übernehmen und verhindert somit die Entstehung einer Taktschleife, das NE 21 behält seine niedrigere Taktqualität Q = 4 bei.
Erreicht nun, oder in der Zwischenzeit im oberen Ringteil, die Taktinformation mit Q = 4 und z = 0.20 das NE 11, dann verwendet dieses jetzt seinen externen Taktanschluss mit der Taktqualität Q = 2 und reicht diese Taktinformation mit z = 0.05 an das NE 12 weiter, für die Berechnung von w ist der Anfangswert hier w0 = 0.90. Diese neue Taktinformation mit der Taktqualität Q = 2 läuft nun hinter den ungültig gewordenen Taktinformationen mit Q = 1 bis zum NE 20 nach und löscht diese, zugleich aber breitet sie sich auch im oberen Ringteil, angefangen beim Netzelement NE 10, in Richtung zum NE 1 aus. Wo sich die beiden letzteren Taktinformationen mit der Taktqualität Q = 2 treffen, entsteht eine neue Ringteilung an optimaler Position, die vom Taktfehlerwert z beziehungsweise w abhängt.
Durch dieses Setzen eines Taktfehlerwert-Limits für die Taktinformationsübernahme werden Taktschleifen einfach und zuverlässig verhindert, unabhängig von dem Weg, den die Taktinformationen durch das Kommunikationsnetz genommen haben, das jetzt auf Grund des erfundenen Mechanismus beliebig komplex vermascht sein darf.
Ergänzend ist noch darauf hinzuweisen, dass die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Pfeilrichtungen lediglich die Richtung der übertragenen und meistens verwendeten Taktinformationen darstellen soll, während selbstverständlich der Datenaustausch zwischen allen Netzelementen in beide Richtungen von statten geht.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass ein Kommunikationsnetzwerk, welches entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren synchronisiert wird, auf sehr einfache und äußerst effektive Weise sowohl auf topologische Netzveränderungen, wie auf dynamische Ereignisse, zum Beispiel den Ausfall einer Taktquelle, einer Taktverbindung, eines Netzelementes oder einer Netzelementverbindung reagieren kann und hierbei in kurzer Zeit dynamisch immer die optimale Lösung findet. Dies gilt auch bei Mehrfachfehlern. Jedes Netzelement verfügt im eingeschwungenen Zustand über die bestmöglichste Taktversorgung, hierzu können alle möglichen Datenverbindungen herangezogen werden. Dabei werden Taktschleifen bei allen beliebigen Netzstrukturen zuverlässig verhindert.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Taktsynchronisation eines Kommunikationsnetzwerkes, insbesondere eines SDH- oder SONET-Netzes, oder eines Teilnetzes (TN x) eines Kommunikationsnetzwerkes mit einer Vielzahl untereinander durch Datenübertragung verbundener Netzelemente (NE x), wobei mehrere Netzelemente (NE x) die ihnen vorliegenden Taktinformationen an benachbarte Netzelemente (NE x - 1, NE x + 1) weiterleiten, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Netzelement (NE x) beim Weiterleiten einer Taktinformation, zusätzlich eine Information (z, w) über die Fehlerhaftigkeit der Taktinformation (= Fehlerinformation) aufgrund ihrer Durchleitung durch das Netzelement (NE x) überträgt.

2. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerinformation ein Fehlerwert (z, w)) ist, der bei jedem Durchleiten durch ein Netzelement, vorzugsweise um 1, erhöht wird.

3. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzelement (NE x) die Taktinformationen des benachbarten Netzelementes (NE x - 1, NE x + 1) nur dann verwertet, wenn der Fehlerwert (z, w) einen oberen und/oder einen unteren Grenzwert nicht überschreitet.

4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Netzelemente (NE x) externe Taktinformationen erhalten.

5. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzelemente (NE x) auch eine vorgegebene Grundqualität (Q) der externen Taktinformation übertragen.

6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Netzelement (NE x), welches mehrere Taktinformationen erhält, unter zu Hilfenahme der Fehlerinformation (z, w) entscheidet, welche Taktinformation es zur Synchronisation nutzt.

7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerinformation (w) ein Wert ist, der bei jedem Durchleiten durch ein Netzelement um einen Betrag verändert wird, welcher der Größe der Fehleränderung entspricht, vorzugsweise zur Fehleränderung proportional ist.

8. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Qualität (Q) der ursprünglichen Taktinformation weitergegeben wird.

9. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Netzelement (NE x), welches mehrere Taktinformationen erhält, jeweils die Taktinformation verwertet und gegebenenfalls weitergibt, die aufgrund der Fehlerinformation (z, w) und der Qualität (Q) der ursprünglichen Taktinformation die beste Zuverlässigkeit aufweist.

10. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Netzelement (NE x), welches als Taktregenerator wirkt oder einen solchen enthält, die Fehlerinformation (z, w) entsprechend der Verbesserung des Taktsignals durch die Regeneration verändert.

11. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Netzelemente (NE x) einerseits ihre Datenübertragung auf die erhaltene Taktinformation synchronisieren und andererseits benachbarte Netzelemente (NE x + 1, NE x - 1) die Taktinformation aus der ankommenden Datenübertragung entnehmen.

12. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterleitung der Fehlerinformation durch Einfügen oder Veränderung eines Wertes (z, w) in den zwischen den Netzelementen übertragenen Daten, vorzugsweise im S1-Byte im Overhead, vorzugsweise in den Bits 1-4, erfolgt.

13. Netzelement mit mindestens einem Mikroprozessor und einem Programmspeicher, dadurch gekennzeichnet, dass Programme oder Programm-Module vorgesehen sind, welche im Betrieb die Verfahren gemäß einem der Verfahrensansprüche 1 bis 12 ausführen.

14. Netzelement für ein Kommunikationsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltkreise vorgesehen sind, welche im Betrieb die Verfahren gemäß einem der Verfahrensansprüche 1 bis 12 ausführen.

15. Kommunikationsnetzwerk mit einer Vielzahl von untereinander verbundenen Netzelementen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Netzelement gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche 13 oder 14 ausgeführt ist.

16. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, um mindestens die Schritte gemäß mindestens einem der voranstehenden Verfahrensansprüche 1-12 durchzuführen, wenn die Programmcode-Mittel in einem Netzelement eines Kommunikationsnetzwerkes gemäß dem vorangehenden Patentanspruch 15 ausgeführt werden.

17. Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt gemäß dem voranstehenden Anspruch 16.