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DE10201310A1 - Verfahren und System zur Datenumsetzung - Google Patents

Verfahren und System zur Datenumsetzung

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DE10201310A1
DE10201310A1 DE10201310A DE10201310A DE10201310A1 DE 10201310 A1 DE10201310 A1 DE 10201310A1 DE 10201310 A DE10201310 A DE 10201310A DE 10201310 A DE10201310 A DE 10201310A DE 10201310 A1 DE10201310 A1 DE 10201310A1
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Germany
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Herbert Heiss
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Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
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Siemens Corp
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Datenumsetzungsverfahren, aufweisend die Schritte Umsetzung von auf Paketen basierender Datenübertragung zu in Zeitschlitzen synchronisierter Datenübertragung und Speichern von Paketen in einem Umsetzungs-Puffer-Speicher (3), wobei ein Paket am Ende eines Zeitintervalls (Tx) verworfen wird, falls während des Zeitintervalls (Tx) niemals ein Schwellwert t > 0 von Datenpaketen in dem Umsetzungs-Puffer-Speicher (3) unterschritten wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Datenumsetzungssystem.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenumsetzungsverfahren und ein Datenumsetzungssystem.
  • Zur digitalen Datenübertragung werden in immer größerem Umfang ATM-(Asynchronous Transfer Mode)-Netzwerke verwendet. Bei ATM-Netzwerken handelt es sich um Hochgeschwindigkeits- Zell-Relais-Services, bei denen eine Vielzahl von Datentypen über ein gemeinsames Kommunikationsmedium übertragen werden. Zur Übertragung wird meist ein kontinuierlicher Bitstrom in ATM-Zellen gewandelt, über das ATM-Netzwerk gesendet und anschließend wieder in einen kontinuierlichen Bitstrom gewandelt. Dabei enthält jede ATM-Zelle die gleiche Anzahl von Bytes. Aus diesem Grunde werden ATM-Zellen mit einem konstanten Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgende Zellen generiert.
  • ATM-Netzwerke generieren jedoch eine gewisse Zeitverzögerung zwischen den gesendeten Zellen. Aus diesem Grunde variiert das Zeitintervall zwischen nachfolgenden Zellen nach Übertragung in einem ATM-Netzwerk.
  • Für den Fall, dass die Wandlung von ATM-Zellen in einen kontinuierlichen Bitstrom nach dem Empfang der ersten Zelle beginnt, so kann die zweite Zelle eine größere Verzögerung als die erste Zelle aufweisen. Entsprechend ist die zweite Zelle in diesem Fall nicht verfügbar, wenn sie benötigt wird. Diese Vorgehensweise führt zu einem Übertragungsstillstand, was zur Folge hat, das Bytes ohne Dateninhalt eingefügt werden müssen. Aus diesem Grund wird gewöhnlicher Weise mit der Zurückwandlung von ATM-Zellen in einen kontinuierlichen Bitstrom nicht vor dem Zeitpunkt begonnen, zu dem die erste Zelle empfangen wurde, jedoch erst nach einer Verzögerung, welche der maximalen Zeitverzögerung entspricht.
  • Folglich wird ein Pufferspeicher bei der Umwandlung benötigt, um die ATM-Zellen so lange puffern zu können, bis sie benötigt werden. Die Größe des Pufferspeichers muss dabei ausreichend groß gewählt werden. Falls ein zu kleiner Pufferspeicher gewählt wird, so könnte der Fall eintreten, dass eine empfangene ATM-Zelle verworfen werden muss.
  • Die gleiche Vorgehensweise ergibt sich grundsätzlich auch bei AAL2-(ATM Adaption Layer Typ 2)-Netzen. AAL2 ist eine ATM- Schicht, welche in der ITU-T-Recommandation 1.363.2 spezifiziert ist. AAL2 stellt effiziente Sprachdienste für ATM-Netze bereit. AAL2 unterstützt Merkmale wie effiziente Bandbreitennutzung, Unterstützung für Sprachkompressionen, Erkennung bzw. Unterdrückung von Geräuschlosigkeit, Löschung von leeren Sprachkanälen und Bereitstellung mehrere Sprachkanäle mit variierender Bandbreite bei einer einzelnen ATM-Verbindung.
  • Jedes AAL2-Paket enthält im Falle der Übertragung von komprimierter Sprache unkomprimierte Sprachabtastungsdaten mit 160 Bytes. Die AAL2-Pakete für jede Verbindung werden alle 20 ms generiert. Anschließend werden sie in einem ATM- bzw. AAL2- Netzwerk übertragen. Wegen der Streuung der AAL2- Paketverzögerung in dem Netzwerk variiert das Zeitintervall zwischen nachfolgenden Paketen bei der Datenumsetzung, d. h. bei der Umwandlung des AAL2-Pakete in einen Zeitmultiplex- Datenfluss. Dabei entsprechen 160 Bytes alle 20 ms 64 kBit pro Sekunde. Aus diesem Grund kann die Umsetzung nicht zu dem Zeitpunkt des Eintreffens des ersten AAL2-Pakets beginnen, sondern erst nach einer gewissen Zeitverzögerung. Falls die AAL2-Paktetverzögerung auf 10 ms begrenzt werden kann, so beträgt die Umsetzungsverzögerung zum Beispiel 10 ms.
  • Probleme ergeben sich jedoch, falls AAL2-Pakete mit einer Verzögerung von mehr als 10 ms empfangen werden. In einem solchen Fall werden gewöhnlicher Weise 160 Bytes ohne Dateninhalt durch die Umsetzungsvorrichtung hinzugefügt. Dies hat zur Folge, dass von diesem Zeitpunkt an alle zeitgemuliplexten Bytes eine zusätzliche Verzögerung von 20 ms aufweisen.
  • Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, die Speicherkapazität des Umsetzungsspeichers auf maximal ein Paket zu begrenzen. Falls nur ein Paket eine größere Verzögerung als 10 ms aufweist, so kommt dieses Paket zu spät und wird durch Bytes ohne Dateninhalt ersetzt. Das nächste Paket wird gelöscht und anschließend erfolgt wiederum eine normale Datenübertragung.
  • Falls jedoch die Pakete eine Verzögerungsstreuung zwischen 9 und 11 ms aufweisen, so wird jedes zweite Paket verworfen und jeweils ein Paket ohne Dateninhalt eingefügt.
  • Im ersten Fall war der kleine Puffer-Speicher ein Vorteil, im zweiten Fall ein Nachteil.
  • Das gleiche Problem ergibt sich auch bei ATM- undJP(Internet Protocol)-Netzen.
  • Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Datenumsetzungsverfahren bzw. ein System zur Umsetzung von Daten bereitzustellen, bei dem die Zeitverzögerung reduziert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Datenumsetzungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Datenumsetzungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Das Datenumsetzungsverfahren beinhaltet die Verfahrensschritte Umsetzen von auf Paketen basierender Datenübertragung zu in Zeitschlitzen synchronisierter Datenübertragung und Speichern von Datenpaketen in einem Umsetzungs-Puffer-Speicher.
  • Bei auf Paketen basierender Datenübertragung kann es sich zum Beispiel um ein asynchrones Datenübertragungsverfahren, insbesondere ATM, handeln. Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung jedoch auf jede Art von auf Paketen basierter Datenübertragung anwendbar. Bei der in Zeitschlitzen synchronisierten Datenübertragung handelt es sich bevorzugt um eine im Zeit-Multiplex synchronisierte Datenübertragung.
  • Die Datenpakete werden in einem Umsetzungs-Puffer-Speicher zwischengespeichert. Bei dem Umsetzungs-Puffer-Speicher kann es sich grundsätzlich um jede Art von Speichermitteln handeln.
  • Zum Reduzieren der Übertragungsverzögerung beim Umsetzen von auf Paketen basierter Datenübertragung zu in Zeitschlitzen synchronisierter Datenübertragung wird ein Paket am Ende eines Zeitintervalls Tx verworfen, falls während dieses Zeitintervalls niemals ein Schwellwert t > 0 von Paketen in dem Umsetzungs-Puffer-Speicher unterschritten wird. Die Verringerung der Übertragungsverzögerung beträgt dabei mindestens ein Zeitintervall Tq, falls beim Umsetzen ein Datenpaket verworfen wird. Tq ist der Abstand zweier aufeinanderfolgender Pakete an der Quelle. Die Reduzierung der Übertragungsverzögerung ist dabei für das Gesamtsystem wichtiger als ein begrenzt auftretender Paketverlust. Nach Ablauf des Zeitintervalls Tx findet eine Umsetzung statt. Anschließend beginnt ein neues Zeitintervall Tx und das Verfahren wiederholt sich.
  • Bei AAL2-Netzen beträgt das Zeitintervall Tx beispielsweise 20 Sekunden. Ein solches Zeitintervall von 20 Sekunden entspricht somit 1000 Zeitintervallen Tq = 20 ms. Entsprechend ergeben sich für andere Netze andere Werte von Tx und Tq.
  • In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird, falls ein Schwellwert t = 1 Datenpakete in dem Umsetzungs-Puffer- Speicher vorhanden ist, ein Datenpaket nur verworfen, falls sich während eines Zeitintervalls der Länge Tx immer mindestens ein Datenpaket in den Umsetzungs-Puffer-Speicher befand.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Schwellwert t größer oder gleich zwei gesetzt, falls zwei nachfolgende Datenpakete eintreffen, die zusammengehören, und/oder ein Datenpaket ohne das andere nutzlos ist. Es gibt Datendienste, bei denen Datenpakete immer paarweise auftreten und eines für sich allein nutzlos ist. Dies kann zum Beispiel bei AAL2-Paketen im Falle von Weitband - AMR (Adaptive Multi-Rate) der Fall sein, falls die Pakete als Paare gesendet werden.
  • Dabei werden zwei Datenpakete verworfen, falls während des Zeitintervalls Tx niemals ein Schwellwert t größer oder gleich zwei von Datenpaketen in dem Umsetzungs-Puffer- Speicher unterschritten wird. Die Datenübertragung kann dabei jedoch auch nach dem ATM- oder IP-Standard erfolgen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die auf Pakete basierende Datenübertragung nach dem AAL2- (Asynchronous Transfer Mode Adaption Layer Typ 2)-Standard. Dabei sind die umzuwandelnden Daten bevorzugt Sprachdaten. Es kann sich dabei aber auch grundsätzlich um jede Art von Daten handeln.
  • In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei den Paketen um Pakete einer Unterschicht. Insbesondere handelt es sich um CPS-(Common Part Sub-Layer)-Pakete. AAL2-Pakete können in zwei Unterschichten unterteilt werden. Diese Unterschichten sind der sogenannte Conversion Sub-Layer (CS) und die Segmentation and Re-Assembly (SAR). Der CS kann wiederum in zwei Unterschichten, nämlich den sogenannten Common Part Sub-Layer (CPS) und den Service Specific Conversion Sub-Layer (SSCS) unterteilt werden. Durch den Einsatz von CPS wird eine effiziente Nutzung der Bandbreitenressourcen gewährleistet.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Datenumsetzungssystem. Das Datenumsetzungssystem zur Umsetzung von auf Paketen basierender Datenübertragung zu in Zeitschlitzen synchronisierter Datenübertragung weist ein Umsetzungsmittel und einen Umsetzungs-Puffer-Speicher zum Speichern von Datenpaketen auf. In dem Umsetzungsmittel werden die Paketdaten zu in Zeitschlitzen synchronisierte Daten gewandelt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das System des Weiteren eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern des Verwerfens eines Datenpakets. Bei der Steuerungsvorrichtung kann es sich z. B. um einen Microcontroller handeln.
  • Die einzelnen Bestandteile des Datenumsetzungssystems können dabei in einer Vorrichtung oder separat angeordnet sein.
  • Die Erfindung ist nicht auf ATM-, AAL2- oder IP- Datenumsetzung beschränkt. Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung auf jede Art von Datenumsetzung anwendbar, bei der synchroner Datenverkehr in asynchronen Datenverkehr, und anschließend wieder in synchronen Datenverkehr, umgesetzt wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dort dargestellten Merkmale und auch die bereits oben beschriebenen Merkmale können nicht nur in der genannten Kombination, sondern auch einzeln oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Alle in der gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen bezüglich des Verfahrens beschriebenen Merkmale können auch bezüglich des Systems erfindungswesentlich sein und umgekehrt. Es zeigt:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Umsetzen von auf Paketen basierender Datenübertragung zu in Zeitschlitzen synchronisierter Datenübertragung.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Datenumsetzungssystem zur Umsetzung von Sprachdaten im AAL2-Format zu TDM-(Time Division Multiplex)- Daten.
  • Fig. 1 zeigt ein ATM-Netzwerk 1, eine Daten-Umsetzungs-Karte 2 mit einem Umsetzungs-Puffer-Speicher 3, ein TDM-Netzwerk 4 und eine Steuerungsvorrichtung 5. Die Anordnung der Elemente Daten-Umsetzungs-Karte 2, Umsetzungs-Puffer-Speicher 3 und Steuerungsvorrichtung 5 ist nicht zwingend. Es ist durchaus denkbar, dass sich zum Beispiel der Umsetzungs-Puffer- Speicher 3 außerhalb der Umsetzungs-Karte 2 befindet oder, dass sich zum Beispiel die Steuerungsvorrichtung 5 auf der Umsetzungskarte 2 befindet.
  • Ein externer Datenstrom 6 wird über ein ATM-Netzwerk 1 übertragen. Dazu muss der Datenstrom 6 in ATM-AAL2-Pakete (nicht eingezeichnet) umgewandelt werden. Anschließend werden die AAL2-Pakete, wie durch den Pfeil 7 gezeigt, der Umsetzungs- Karte 2 zugeführt.
  • Falls in dem Umsetzungs-Puffer-Speicher Speicherplätze vorhanden sind, so werden die umzusetzenden AAL2-Pakete in diesem zwischengespeichert. Ein Paket wird am Ende eines Zeitintervalls Tx (z. B. Tx = 20 s) verworfen 9, falls während dieses Zeitintervalls Tx ständig eine minimale Anzahl von Paketen in dem Umsetzungs-Puffer-Speicher vorhanden war.
  • Die Steuerungsvorrichtung 5 steuert die Verwerfung von AAL2- Paketen. Dazu erhält sie Informationen 11 von dem ATM- Netzwerk 1. Darüber hinaus kommuniziert sie mit bzw. steuert 10 die Umsetzungs-Karte 2 bzw. den Umsetzungs-Puffer-Speicher 3. Dabei muss die Steuerungsvorrichtung 5 kontinuierlich den Umsetzungs-Puffer-Speicher 3 überwachen bzw. das Zeitintervall Tx berücksichtigen. Durch die Steuerung bzw. Verwerfung von AAL2-Paketen wird die Übertragungsverzögerung beim Umsetzen um mindestens ein Zeitintervall verringert. Nach dem Umsetzen werden die Daten als TDM-Datenstrom einem TDM-Netzwerk 4 zugeführt. Die Daten können nachfolgend beliebig weitergeleitet werden 9.
  • Für die Umsetzung müssen die folgenden Schritte ausgeführt werden:
    Falls ein AAL2-Sprach-Daten-Paket nicht rechtzeitig zum Umsetzen eintrifft, so wird keine Sprache ausgegeben, d. h. es erfolgt eine Stummschaltung.
  • Beim Eintreffen eines AAL2-Pakets in der Umsetzungskarte wird dieses in dem Umsetzungs-Puffer-Speicher gespeichert, falls dieser nicht voll ist (zum Beispiel, falls weniger als vier Pakete warten). Ist der Umsetzungs-Puffer-Speicher voll, so wird das Paket verworfen.
  • Falls ein CPS-Paket aus der Warteschlange der Verbindung genommen wird, und falls die Warteschlange dann, nach der Herausnahme, kleiner als ein Schwellwert t > 0 ist, so wird eine verbindungsspezifische Variable Q = TRUE gesetzt. Die Variable Q kann die Zustände TRUE und FALSE annehmen. Im Ursprungszustand ist Q = TRUE gesetzt.
  • Alle Tx-Sekunden (bzw. TX pro 20 ms CPS-Pakete) für jede Verbindung tritt folgendes ein: Falls die Variable Q = FALSE, so wird ein CPS-Paket aus jeder Verbindungswarteschlange verworfen. Anschließend wird die Variable in jedem Fall auf Q = FALSE gesetzt.
  • Anschließend wiederholt sich entsprechend die beschriebene Vorgehensweise.

Claims (19)

1. Datenumsetzungsverfahren aufweisend die Verfahrensschritte:
- Umsetzen von auf Datenpaketen basierender Datenübertragung (1, 7) zu in Zeitschlitzen synchronisierter Datenübertragung (4, 8), und
- Speichern von Datenpaketen in einem Umsetzungs-Puffer- Speicher (3),
dadurch gekennzeichnet, dass ein Datenpaket am Ende eines Zeitintervalls Tx verworfen wird (9), falls während des Zeitintervalls Tx niemals ein Schwellwert t > 0 von Datenpaketen in dem Umsetzungs-Puffer- Speicher (3) unterschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umsetzen eine verringerte Übertragungsverzögerung um mindestens ein Zeitintervall Tq auftritt, falls beim Umsetzen ein Datenpaket verworfen wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anzahl von Datenpaketen t = 1 ein Datenpaket nur verworfen wird, falls sich während des Zeitintervalls Tx immer mindestens ein Datenpaket in dem Umsetzungs-Puffer- Speicher (3) befand.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert t größer oder gleich zwei gesetzt wird, falls zwei nachfolgende Datenpakete eintreffen, die zusammengehören, und/oder ein Datenpaket ohne das andere nutzlos ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Datenpakete verworfen werden, falls während des Zeitintervalls Tx niemals ein Schwellwert t größer oder gleich zwei von Datenpaketen in dem Umsetzungs-Puffer- Speicher (3) unterschritten wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Datenpakete basierende Datenübertragung nach dem AAL2-(Asynchronous Transfer Mode Adaption Layer Typ 2)- Standard erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Zeitschlitzen synchronisierte Übertragung nach einem Zeitschlitz-Mulitplex-Verfahren erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Daten um Sprachdaten handelt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Datenpaketen um Pakete einer Unterschicht, insbesondere um CPS-(Common Part Sub-Layer)-Pakete handelt.
10. Datenumsetzungssystem zum Umsetzen von auf Datenpaketen basierender Datenübertragung zu in Zeitschlitzen synchronisierter Datenübertragung aufweisend:
ein Umsetzungsmittel (2), und
einem Umsetzungs-Puffer-Speicher (3) zum Speichern von Datenpaketen,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Datenpaket am Ende eines Zeitintervalls Tx verworfen wird, falls während des Zeitintervalls Tx niemals ein Schwellwert t > 0 von Datenpaketen in dem Umsetzungs-Puffer- Speicher (3) unterschritten wird.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Steuerungsvorrichtung (5) zum Steuern des Verwerfens eines Datenpakets aufweist.
12. System nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umsetzen eine verringerte Übertragungsverzögerung um mindestens ein Zeitintervall Tq auftritt, falls beim Umsetzen ein Datenpaket verworfen wird.
13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anzahl von Datenpaketen t = 1 ein Datenpaket nur verworfen wird, falls sich während des Zeitintervalls Tx immer mindestens ein Datenpaket in dem Umsetzungs-Puffer- Speicher (3) befand.
14. System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert t größer oder gleich zwei gesetzt wird, falls zwei nachfolgende Datenpakete eintreffen, die zusammengehören, und/oder ein Datenpaket ohne das andere nutzlos ist.
15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Datenpakete verworfen werden, falls während des Zeitintervalls Tx niemals ein Schwellwert t größer oder gleich zwei von Datenpaketen in dem Umsetzungs-Puffer- Speicher (3) unterschritten wird.
16. System nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Pakete basierende Datenübertragung nach dem AAL2-(Asynchronous Transfer Mode Adaption Layer Typ 2)- Standard erfolgt.
17. System nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die in Zeitschlitzen synchronisierte Übertragung nach einem Zeitschlitz-Multiplex-Verfahren erfolgt.
18. System nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Daten um Sprachdaten handelt.
19. System nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Datenpaketen um Pakete einer Unterschicht, insbesondere CPS- (Common Part Sub-Layer)-Pakete handelt.
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