DE69132924T2

DE69132924T2 - Anordnung für synchrone Informationsübertragung über ein asynchrones Netzwerk, insbesondere über ein ATM-Netzwerk

Info

Publication number: DE69132924T2
Application number: DE69132924T
Authority: DE
Inventors: Thierry Grenot; Gerard Sorton
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Remote Access Los Altos Calif Us LLC
Priority date: 1990-11-23
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2011-11-23
Also published as: DE69132924D1; CA2056072A1; US5274680A; FR2669798A1; CA2056072C; EP0487428A1; EP0487428B1; FR2669798B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft asynchrone Übertragungsnetze, insbesondere Netze des sogenannten ATM-Typs (Asynchronous Transfer Mode: asynchroner Übertragungsmodus).
Über diese Netze werden digitale Informationen in diskontinuierlicher Weise in Form von Paketen übertragen, die in der ATM-Terminologie "Informationszellen" genannt werden. Dieser Übertragungsmodus besteht darin, anstelle Byte für Byte zu senden, in der Sende-Endeinrichtung (der Datenquelle) ein Paket von Bits nach und nach entsprechend der Erzeugung der digitalen Daten zu bilden und zu warten, bis genügend Informationen vorhanden sind, um eine vollständige Informationszelle zu bilden und diese über das Netz zu schicken.
Die sendende Einrichtung erzeugt so Informationszellen in einer zeitlich veränderlichen Folge, je nachdem, ob sie den Kanal benutzt oder nicht (beispielsweise wird während der Pausenzeiten keine Zelle gesendet), oder je nach der zeitlich veränderlichen Abfolge, mit der die digitalen Informationen erzeugt werden (beispielsweise in dem typischen Fall differentieller Videosignale, deren Datenvolumen von dem mehr oder weniger beweglichen Charakter des zu übertragenden Bildes abhängt).
Die Informationszelle, die über das Netz geleitet wird, umfaßt einerseits einen Kopfabschnitt, der die Adresse trägt oder den virtuellen Kanal identifiziert, und andererseits ein Nutzfeld, das die zu übertragenden Informationen trägt.
Die von mehreren Sendern kommenden Informationszellen werden zu einem kontinuierlichen Strom vermischt, der gegebenenfalls leere Zwischenzellen enthält und mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit entlang der Leitwege übertragen wird.
Die verschiedenen Leitwege des Netzes verbinden eine große Anzahl von Knoten, die jeweils einer Schaltvorrichtung entsprechen, die die Demultiplexierung/Multiplexierung des Zellenstromes in Abhängigkeit von der im Kopfabschnitt enthaltenen Adresse und den zu dem betrachteten Zeitpunkt verfügbaren Ressourcen sicherstellt.
Das Netz ist asynchron insofern, als jeder Knoten des Netzes über einen eigenen Taktgeber mit eigener Frequenz (und folglich eigener Drift) verfügt, wobei keinerlei Koordinierung zum Abgleichen der Taktgeber der verschiedenen Knoten vorhanden ist.
Um den unvermeidlichen Frequenzunterschieden Rechnung zu tragen, sichern Pufferspeicher die Anpassung zwischen den Eingangstakten und den Ausgangstakten jedes Knotens. Es wird deutlich, daß so im Prinzip das Netz den Endeinrichtungen, die mit ihm verbunden sind, immer den Rhythmus vorgibt.
Die Besonderheit eines Netzes vom ATM-Typ ergibt sich daraus, daß der Umschalter nur zur Aufgabe hat, ausschließlich das Management des Kopfabschnitts jeder Informationszelle auszuführen, indem er aus dem Kopfabschnitt der eingehenden Zelle die Zieladresse bestimmt und aus diesem Parameter einen neuen Kopfabschnitt berechnet, der dem (virtuellen) Kanal entspricht, der hinter diesem Knoten auf dem geschalteten Leitweg zugeordnet wird.
Insbesondere wird keine Überprüfung (Grundfehlerüberprüfung, Bestätigungsprotokoll usw.) der übertragenen Daten vorgenommen, etwaige Überprüfungen finden erst an den beiden Enden der Leitung, d. h. in den beiden Informationen austauschenden Einrichtungen, statt, die folglich die Integrität und die Konformität der ausgetauschten Informationen verifizieren müssen.
Im allgemeinen entspricht ein Dienst einer Informationsübertragung zwischen zwei Einrichtungen, die jeweils mit einem Zugangsknoten des Netzes verbunden sind und folglich einen voneinander abweichenden Takt besitzen können, da die jeweiligen lokalen Taktgeber dieser Knoten weder synchron noch synchronisiert sind.
Dienste mit einer Dauer, die auf wenige Minuten beschränkt ist, können sich im allgemeinen unter Berücksichtigung der Präzision und der Stabilität der verwendeten Taktgeber, in der Größenordnung von wenigstens 10&supmin;&sup8;, mit dieser Abwesenheit einer Synchronisation zwischen den Knoten begnügen.
In bestimmten Situationen könnten die Anwender jedoch vorhaben, synchrone Informationen auszutauschen, sei es, daß sie synchrone Datenendeinrichtungen benutzen, sei es, daß das asynchrone Netz in Wirklichkeit nur ein Teilsystem eines ausgedehnteren Netzes ist, das beispielsweise ein synchrones Verbindungselement enthält, mit welchem das asynchrone Netz verbunden werden soll.
Das Dokument von F. Van den Door: "Synchronization aspects of ETD-IBC Networks", Proceedings International Switching Symposium 1987, Phoenix, Arizona, 15.-20. März 1987, offenbart mehrere Verfahren der Informationsverarbeitung, insbesondere die folgenden während des Lesens der Informationen: Im Fall einer Pause besteht das Prinzip darin, im Lesen schnell voranzuschreiten, um diese Anomalie zu korrigieren; wenn die Ankunft eines Zellenpaketes verzögert ist, wird die Informationslesegeschwindigkeit herabgesetzt, und wenn das Paket vorzeitig ankommt, wird die Informationslesegeschwindigkeit erhöht; die Daten werden während des Lesens rekonstruiert, indem die Lesegeschwindigkeit verändert wird, ohne daß ein Unterbrechungssignal gesendet wird, das Füllzellen in einem Pufferspeicher erzeugt.
Eines der Ziele der Erfindung besteht darin, eine solche Betriebsweise zu ermöglichen, bei der einem im wesentlichen asynchronen Netz erlaubt wird, im synchronen Modus zu arbeiten, d. h. jeder der mit dem Netz verbundenen Einrichtungen erlaubt wird, mit Takten zu arbeiten, die exakt gleich und folglich wirklich synchron und nicht einfach plesiochron sind (plesiochrone Takte sind Takte der gleichen Frequenz, die jedoch nicht koordiniert sind und folglich etwaigen Abweichungen der Taktgeber, so präzise diese auch sein mögen, unterworfen sind).
Mit anderen Worten, das Ziel der Erfindung besteht darin, eine synchrone Schaltung mittels eines asynchronen Netzwerkes zu emulieren, d. h. einen Dienst in einem asynchronen Netz synchron zu machen.
Dazu müssen mehrere Übertragungsanomalien, mit denen der Anwender konfrontiert ist, berücksichtigt und korrigiert werden.
Im wesentlichen können fünf Übertragungsanomalien aufgezählt werden:
- Zunächst Unterbrechungen der Übertragung von sehr langer Dauer, die mehrere Hundert Millisekunden überschreiten: In einem solchen Fall wird das Netz die Schaltung als unterbrochen ansehen und versuchen, eine andere wieder aufzubauen.
- Unterbrechungen der Übertragung von langer Dauer (Abklingen,), die bis zu einigen Hundert Millisekunden gehen können: In diesem Fall wird ein Teil der Information verloren sein, die Synchronisierung der Taktgeber zwischen den beiden Einrichtungen sollte jedoch aufrechterhalten werden (Aufrechterhaltung der "Kontinuität der Schaltung" trotz Verlust von Informationen).
- Der Verlust oder das Einfügen von einigen Zellen infolge kurzen Abklingens der Übertragung, mit einer Dauer von wenigen Bits bis zu einigen Zellen: Wenn das kurze Abklingen nämlich den Kopfabschnitt der Zelle betrifft, wird die in diesem enthaltene Adresse verändert, und die Zelle wird folglich in Richtung eines anderen Leitweges dirigiert; diese Routing-Fehler, die zu einem Verschwinden von Zellen oder zu einem Einfügen von fremden Zellen, die aus anderen Verbindungen stammen, führen könnten, sollten erfaßt und so kompensiert werden, daß die Synchronisation durch Aufrechterhaltung der Integrität der Anzahl der übertragenen Zellen beibehalten wird.
- Flimmern des Netzes: Im Fall eines asynchronen Netzes kommt infolge der Verwendung von Pufferspeichern, um das Angleichen von Eingangstakt und Ausgangstakt jedes Knotens sicherzustellen, von einer Zelle zur nächsten eine veränderliche Verzögerung (Flimmern) auf, die auf Fluktuationen der Wartezeiten in jedem Ubergangsknoten des Netzes zurückzuführen ist; wenn, um im synchronen Modus zu arbeiten, die Bits am Ausgang mit der gleichen Frequenz rekonstruiert werden sollen, die sie am Eingang hatten, wird es erforderlich sein, diese Fluktuationen zu filtern und zu kompensieren.
- Schließlich wird die langsame Drift zwischen dem Taktgeber des Senders und dem Taktgeber des Empfängers, wenn sie nicht kompensiert wird, unvermeidlich einen Gleichlauffehler zwischen den Taktgebern des Senders und des Empfängers einführen. Wenn ein wirklich synchroner und nicht nur ein plesiochroner Betrieb garantiert werden soll, muß eine ständige Kompensation dieser Drift sichergestellt werden.
Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese verschiedenen Übertragungsanomalien zu beseitigen (mit Ausnahme der Unterbrechungen sehr langer Dauer, die zu einem nicht behebbaren Abbruch der Schaltung führen), indem die verschiedenen Verluste oder Duplikationen von Informationen, die auf die Plesiochronität der Taktgeber über sehr lange Dauern zurückzuführen sind, oder für kontinuierliche Dienste, kompensiert werden.
Es wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung ermöglichen wird, die Langzeitdrift zwischen den beiden Taktgebern zu kompensieren und dabei das Flimmern, das aufgrund der variablen Verzögerungszeiten in den Warteschlangen für eine asynchrone Übertragung typisch ist, sowie die Übertragungsanomalien, wie etwa Übertragungsfehler und mehr oder weniger kurzes Abklingen in der Ausbreitung zu glätten.
Dazu ist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung des vorerwähnten Typs, d. h. für die Übertragung synchroner Informationen über ein asynchrones Netz, insbesondere ein Netz des ATM-Typs, in dem die Informationen in Paketen aus Datenbits zwischen einem Senderelement, einer Schnittstelle des Senderelements, einem Empfängerelement und einer Schnittstelle des Empfängerelements transportiert werden, wobei jedes dieser Pakete aus einer Informationszelle gebildet ist, die einerseits einen Adressenträger-Kopf und andererseits ein Nutzfeld, das die zu übertragenden Informationen trägt, umfaßt, wobei das Senderelement und das Empfängerelement untereinander im synchronen Modus auf der Basis eines lokalen Takts zum Senden und eines lokalen Wiederherstellungstakts beim Empfang bzw. im plesiochronen Modus arbeiten, wobei die Schnittstellenvorrichtung des Empfängerelements wenigstens einen Wiederherstellungspuffer enthält, der am Eingang in einem unregelmäßigen Takt des asynchronen Netzes einen Strom von Informationszellen empfängt und am Ausgang in einem regelmäßigen Takt des lokalen Wiederherstellungstakts Informationszellen liefert, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Kombination umfaßt:
- erste Mittel zum Erfassen von Unterbrechungen mit langer Dauer oder eines Abklingens im Strom der von dem Empfängerelement empfangen Zellen CR mit einem Zähler für lokale Zellen CL mit Nullrücksetzung durch jede empfangene lokale Zelle CR, Mitteln zum Vergleichen eines Wertes des Zählers mit einem vorgegebenen Schwellenwert S. die bei einer Überschreitung des Schwellenwertes S ein Unterbrechungssignal IDL mit langer Dauer erzeugen können,
- zweite Mittel zum Erfassen und Kompensieren eines Verlusts oder einer Einfügung von Zellen, die so beschaffen sind, daß sie:
- die Anzahl der vom Empfängerelement empfangenen Zellen in einem Zähler zählen,
- die Anzahl der vom Senderelement gesendeten Zellen zählen und eine spezifische Zelle, die die Anzahl der gesendeten Zellen enthält, senden,
- bei jedem Empfang einer spezifischen Zelle den Wert der in der spezifischen Zelle enthaltenen Anzahl mit der Anzahl der empfangenen Zellen vergleichen und
- bei einer Differenz zwischen den Werten ein Korrektursignal (CPT) erzeugen, um einen Adressierungszeiger des Wiederherstellungspuffers zu inkrementieren oder zu dekrementieren,
- dritte Mittel, die das Unterbrechungssignal mit langer Dauer, das Korrektursignal CPT, die Kennimpulse der lokalen Zellen CL, die Kennimpulse der empfangenen Zellen CR empfangen und das Zittern und die Trimmung der Ableitung des Takts verringern können und ein Signal ASF, das die Frequenz in Abhängigkeit vom Befüllungsgrad des Wiederherstellungspuffers in Richtung zum Wiederherstellungstakt regelt, erzeugen können, wobei das Signal ASF durch das Unterbrechungssignal ILD gesperrt wird.
Diese zweiten Mittel umfassen beispielsweise:
- Mittel zum Unterscheiden normaler Zellen von spezifischen Zellen, die auf seiten des Senderelements eingefügt werden,
- eine Schaltung, die so beschaffen ist, daß sie:
- den lokalen Zähler bei Empfang einer normalen Zelle um eine Einheit inkrementiert,
- beim Taktkennimpuls CL eine Transportfehler-Zelle erzeugt, wenn eine Unterbrechung mit langer Dauer auftritt,
- Mittel zum Vergleichen des in einer spezifischen Zelle enthaltenen Wertes mit dem Wert des Zählers und, falls eine Differenz vorhanden ist, zum Erzeugen eines Signals, um den Wert des Adressierungszeigers zu modifizieren, umfaßt.
Die Vorrichtung kann einen Aufwärts/Abwärtszähler umfassen, der die Kennimpulse der lokalen Zellen CL, die Kennimpulse der empfangenen Zellen CR, das Korrektursignal CPT sowie das Unterbrechungssignal mit langer Dauer empfängt und ein Signal ASF zur Regelung der Frequenz in Richtung des Wiederherstellungstaktgebers abgibt.
Die Vorrichtung umfaßt beispielsweise eine Frequenzteilerschaltung, die ein Taktsignal CK empfängt und die Kennimpulse der lokalen Zellen CL liefert.
Sie kann eine Initialisierungsschaltung umfassen, die so beschaffen ist, daß sie den Pufferspeicher mit einem Referenzwert füllt und die Position des Zeigers des Pufferspeichers auf seine Referenzposition initialisiert.
Der Parameter, der verwendet wird, um das Regelungssignal zu erzeugen, ist die mittlere Position des Zeigers in dem Puffer.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, die mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung gegeben wird.
- Fig. 1 zeigt schematisch ein Netz zur asynchronen Übertragung, das zwei Einrichtungen, eine Eingabe-Einrichtung und eine Ausgabe-Einrichtung, miteinander verbindet.
- Fig. 2 zeigt die Grundstruktur einer von einem derartigen Netz übertragenen Informationszelle.
- Fig. 3 ist ein Schaubild, das die Struktur der Hauptelemente der die Umsetzung der Merkmale der Erfindung ermöglichenden Empfängereinrichtung zeigt.
- Fig. 4 stellt verschiedene Zeitdiagramme dar, welche die Synchronisierimpulse auf verschiedenen Ebenen der Übertragung zeigen.
- Fig. 5 ist ein Blockschema, das die verschiedenen Funktionselemente der Vorrichtung der Erfindung veranschaulicht.
- Fig. 6 ist ein Blockschema der Schaltung zur Erfassung von Unterbrechungen langer Dauer.
- Fig. 7 ist ein Blockschema der Schaltung zur Erfassung von Verlusten oder Einfügungen von Zellen in den übertragenen Strom.
- Fig. 8 ist ein Blockschema der Regelschaltung des lokalen Takts des Empfängerelements.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Endeinrichtung, die im synchronen Modus mit einem Takt H&sub1; arbeitet.
Diese Einrichtung sendet in Richtung einer ebenfalls synchronen Empfangseinrichtung 2, die mit einem Takt H arbeitet, der gleich dem Takt H&sub1; der Sendeeinrichtung sein muß. Die Übertragung der Daten erfolgt über ein asynchrones Netz, das durch 3 symbolisiert ist, wobei der Übergang zwischen den synchronen Einrichtungen 1 und 2 und dem asynchronen Netz 3 mittels Verbindungsschnittstellen 4 und 5 gemanagt wird, die ebenso gut Vorrichtungen sein können, die in die sendende oder empfangende Einrichtung integriert sind, wie auch Vorrichtungen, die in Form von verschiedenen Gehäusen ausgeführt sind, wobei sie die Adaptation der synchronen Einrichtungen an das asynchrone Netz sicherstellen.
Die Erfindung kann insbesondere auf die Behandlung einer kontinuierlichen Übertragung von Informationen mittels eines Bitstroms von 2048 Mbit/s in einem ATM- Netz angewandt werden, das Leitwege mit einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit von 34368 Mbit/s verwendet, um Zellen mit 32 Byte Nutzladung zu transportieren, was der Erzeugung einer Zelle im Quellknoten aller 12us entspricht.
Das Verfahren ist jedoch selbstverständlich nicht auf diese Zahlenwerte beschränkt und kann auf andere Datenraten der Leitwege und Dienste angewandt werden, wenn das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen über einer gegebenen Schwelle (in der Größenordnung von 10 bis 15) bleibt und die Gewährleistung einer ausreichenden Dekorrelation der Verzögerungen zwischen aufeinanderfolgenden Zellen eines gleichen Dienstes ermöglicht, um das Flimmern, das durch das Netz eingeführt wird, in entsprechender Weise zu kompensieren.
Außerdem findet die Erfindung, obwohl im Hinblick auf die vorliegende Beschreibung hier eine sendende Einrichtung 1 und eine empfangende Einrichtung 2 betrachtet werden, selbstverständlich auf Einrichtungen Anwendung, die gleichzeitig Empfänger und Sender sind, d. h. die in einer bidirektionalen Verbindung arbeiten.
Die über das asynchrone Netz übertragenen Informationszellen treten in der in Fig. 2 veranschaulichten Form auf, d. h. daß jede Zelle 6 einen Kopfabschnitt 7, der eine Adresse enthält, die dem Routen der Zellen dient, und ein Nutzfeld 8 umfaßt, das Träger der eigentlichen zu übertragenen Information ist. Die Größe der Felder 7 und 8 beträgt typisch 32 bzw. 256 Bit, jedoch können ebensogut andere Größen vorgesehen sein.
Da das Netz 3 mit seinen eigenen Takten arbeitet, ist unter zusätzlicher Berücksichtigung der weiter obenerwähnten möglichen Störungen in Abwesenheit jeglicher Einwirkung stromab kein Takt H dem Takt stromauf völlig gleich.
Das Problem besteht folglich darin, auf der Ebene der Schnittstelle 5 des Empfängerelements den Strom der eintreffenden Zellen zu analysieren und die Übertragungsanomalien zu erfassen und so zu korrigieren, daß der lokale Wiederherstellungstaktgeber auf einen Takt H geregelt wird, der dem Takt H&sub1; der Informationsquelle völlig gleich ist.
Fig. 3 veranschaulicht die Grundstruktur der Schnittstellenschaltung 5.
Diese umfaßt einen Puffer 9, der als FIFO-Warteschlange arbeitet; dieser Puffer wird durch einen Zeiger 10 adressiert und hat zur Aufgabe, das Angleichen der Takte der eintreffenden Daten (Schaltung 11) und der abgehenden Daten (Schaltung 12), die an die synchrone Einrichtung 2 abgegeben werden, zu sichern.
Diese Vorrichtung umfaßt einen lokalen Taktgeber 13, der die Informationsabgabe am Ausgang steuert (Wiederherstellungstaktgeber), wobei dieser Taktgeber mittels einer Schaltung 14 geregelt ist, welche die Adressierung des Pufferzeigers in einer Weise steuert, die weiter unten angegeben wird.
Fig. 4 stellt eine Anzahl von Zeitdiagrammen dar, welche die auf die Zeit bezogenen Positionen von Synchronisierimpulsen zeigen, die den Zeitpunkten des Beginns jeder der Informationszellen entsprechen.
Das Zeitdiagramm CE (gesendete Zellen) entspricht im Rhythmus den von dem Senderelement 1 mit dem Takt H gesendeten Zellen. In diesem Beispiel erzeugt das Senderelement alle 125 us eine Zelle, was einem kontinuierlichen Strom von Zellen mit 256 Bit Nutzladung entspricht, wobei jede mit 2,048 Mbit/s gesendet wird.
Die Verzögerung der Durchquerung des asynchronen Netzes, die eine Zelle erfährt, setzt sich aus zwei Anteilen zusammen:
- einem konstanten Anteil für eine virtuelle Schaltung, der mit der Zeit TS der elektromagnetischen Ausbreitung und der Durchquerung der elektronischen Schaltungen im Zusammenhang steht,
- einem veränderlichen Anteil, der mit der Belastung der benutzten Leitwege im Zusammenhang steht, mit einem Mittelwert Ta und einer momentanen Schwankung um diesen Mittelwert.
Nach einer Zeit der synchronen Übertragung Ts befindet sich der Datenstrom an der Schnittstelle 4, wo er eine zeitliche Verschiebung, jedoch keinen Synchronisationsverlust aufweist, wie in Fig. 4 veranschaulicht ist.
Nach der Übertragung über das asynchrone Netz 3, d. h. bei Eingang in die Schnittstelle 5, weist der Strom der übertragenen Zellen (CT) die unter CR (empfangenen Zellen) angegebene Konfiguration auf:
Neben der Einführung der Übertragungsverzögerung Ts+Ta in dem asynchronen Netz ist festzustellen, daß
- parasitäre Zellen eingeführt worden sind, wie in A veranschaulicht ist,
- gesendete Zellen verlorengegangen sind, wie in B veranschaulicht ist, und
- daß infolge der veränderlichen Verzögerungen in den verschiedenen Warteschlangen der Knoten des Netzes (Phänomen des Flimmerns, das für asynchrone Netze typisch ist) der Rhythmus des Empfangs der Zellen unregelmäßig geworden ist; mit anderen Worten: Das Zeitintervall t zwischen zwei empfangenen Zellen ist nicht mehr konstant, wie im Fall der synchronen Übertragung, sondern weist nur einen Mittelwert auf (hier etwa 125us, mit einer Standardabweichung in der Größenordnung von 60us).
Das Ziel der Vorrichtung der Erfindung besteht darin, ausgehend von der Analyse dieser Kennimpulse CR (empfangene Zellen), Kennimpulse CL (lokale Zellen) zu erzeugen, die exakt den gleichen Takt (Periodizität t = 125us) wie die gesendeten Zellen CE aufweisen - und zwar durch eine Kompensation der verschiedene Phänomene des Informationsverlusts, des Flimmerns des Netzes und der Driften der Taktgeber.
Eine Schaltung, die das Erreichen dieses Ziels ermöglicht, ist schematisch in Fig. 5 gezeigt.
Sie umfaßt im wesentlichen neben dem weiter obenerwähnten Wiederherstellungstaktgeber 13, der die Kennimpulse der lokalen Zellen CL erzeugt, eine Vorrichtung zur Erfassung langer Unterbrechungen 15, eine Vorrichtung zur Erfassung von Verlusten und Einfügungen von Zellen 16 sowie eine Schaltung 17 zur Kompensation des Flimmerns und der Driften der Taktgeber.
Die Schaltung 15 zur Erfassung von Unterbrechungen langer Dauer ist in Fig. 6 schematisch dargestellt.
Im wesentlichen hat diese Schaltung zum Ziel, den Anfang einer solchen Unterbrechung, wie sie zu Beginn der vorliegenden Beschreibung definiert worden ist, zu erfassen, um die Mechanismen zur Korrektur der Integrität der Zellen (Schaltung 16) und zur Regelung des Wiederherstellungstakts (Schaltung 17) zu sperren.
Diese Schaltung 15 umfaßt einen Zähler für lokale Zellen (Kennimpulse CL) mit Nullrücksetzung durch jede empfangene Zelle (Kennimpulse CR). Der Momentanwert DIFF dieses Zählers wird an den Eingang eines über einen Schwellenwert S geregelten Komparators 19 angelegt, der ein Signal für eine Unterbrechung langer Dauer ILD abgibt, wenn der Inhalt des Zähler den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, d. h. wenn DIFF ≥ S. Mit anderen Worten: Eine Unterbrechung wird als von langer Dauer angesehen, wenn eine Abwesenheit von wenigstens S aufeinanderfolgenden empfangenen Zellen festgestellt wird (der Zähler geht mangels eines Kennimpulses CR nicht wieder auf Null zurück), während der lokale Taktgeber weiterarbeitet (kontinuierliche Erzeugung des Kennimpulses CL), was einer Aufnahme von Zellen aus dem Pufferspeicher und demzufolge einer Entlastung dieses entspricht, ohne daß die Verkleinerung des Puffers durch eine Beladung mit neuen Zellen kompensiert wird.
Die Versuche haben ergeben, daß ein Flimmern von ± 6 interzellulären Perioden sehr wenig wahrscheinlich ist (Wahrscheinlichkeit < 10&supmin;&sup8;), so daß vernünftigerweise gesagt werden kann, daß im Fall der Abwesenheit von empfangenen Zelle über einen Zeitraum von wenigstens sechs interzellulären Perioden eine Unterbrechung von langer Dauer vorliegen wird. Mit anderen Worten: Die Schwelle S wird auf einen Wert S = 6 eingestellt, wobei dieses Erfassungskriterium eine Fehlalarmquote gewährleistet, die kleiner als 10&supmin;&sup8; ist (wobei ein Fehlalarm einer Anzeige einer Unterbrechung langer Dauer entspricht, obwohl die fragliche Unterbrechung nur einfach aus Fluktuationen der Übertragungszeit von einer Zelle zur nächsten herrührt).
Die Erzeugung eines Signals ILD wird zunächst das Sperren der Mechanismen zur Korrektur der Integrität der Zellen und zum Angleichen des Wiederherstellungstakts bewirken. Mit der Beschreibung der Schaltungen 16 und 17 wird deutlich, wie diese Funktion ausgeführt wird. Während der gesamten Dauer eines erzeugten ILD-Signals arbeitet dann der Wiederherstellungstaktgeber frei auf seiner erlangten Frequenz; dies wird jedoch ohne Auswirkungen sein, da die Drift dieses Taktgebers sehr gering ist.
Andererseits löst das ILD-Signal die Erzeugung von Füllzellen aus, die lokal generiert werden, um die nicht empfangenen Zellen zu ersetzen und so die Integrität der Anzahl an Zellen in dem an den Empfänger übertragenen Strom aufrechtzuerhalten; der Pufferspeicher wird dann bei einem für die Funktion der verschiedenen Korrektur- und Regelmechanismen zufriedenstellenden Befüllungsgrad verbleiben.
Sobald eine Zelle empfangen wird, wird der entsprechende Kennimpuls der empfangenen Zelle CR den Zähler 18 auf Null zurücksetzen und die Vorrichtung wieder in den geregelten Modus geraten lassen.
Mit Bezug auf Fig. 7 wird nun die Schaltung zur Erfassung von Verlusten oder Einfügungen von Zellen beschrieben.
Diese Schaltung hat zum Gegenstand, ein Abklingen oder kurzzeitige Unterbrechungen mit den folgenden Eigenschaften zu erfassen und zu kompensieren:
- Wenn die Dauer geringer als diejenige einer Zelle (8us) ist und wenn der durch das Abklingen hervorgerufene Fehler das Adressierungsfeld betrifft, wird dieser Fehler Verluste oder Einfügungen von Zellen in der virtuellen Schaltung erzeugen.
- Wenn die Dauer geringer als diejenige einer Zelle ist und wenn der Fehler das Nutzfeld betrifft, wird dieser Fehler fehlerhafte Zellen erzeugen, die angenommen werden, jedoch unter der Bedingung, daß die Einrichtungen Prüfcodes, Bestätigungsprotokolle usw. vorsehen.
- Wenn die Dauer größer als diejenige einer Zelle ist, dann tritt ein Totalverlust der zu übertragenden Zelle oder Zellen ein.
Um den Verlust oder die Einfügung einer einzelnen Zelle oder mehrerer aufeinanderfolgender Zellen erfassen und die Anomalie zu korrigieren, um die Integrität des Zellenstroms (und folglich die Aufrechterhaltung des zwischen dem Sender und dem Empfänger synchronisierten Takts) sicherzustellen, wird ein Mechanismus zur Zählung der Zellen an beiden Enden der Verbindung (Sender und Empfänger) vorgesehen, wobei eine regelmäßige Übertragung des Zustands des ersteren Zählers an den Empfänger erfolgt. Diese Übertragung wird durch Einfügen einer spezifischen Zelle in den Strom ausgeführt, die nachstehend "Zählerstands-Zelle" genannt wird.
Der Vergleich zwischen dem Wert des lokalen Zählers (Anzahl der empfangenen Zellen) und dem Wert der empfangenen Zählerstands-Zelle (Anzahl der gesendeten Zellen) ermöglicht, den Verlust oder die Einfügung von Zellen zu erfassen und in den an die synchrone Einrichtung übertragenen Strom (im Fall von verlorenen Zellen) Zellen einzufügen oder (im Fall von eingefügten Zellen) in diesem Strom Zellen zu unterdrücken.
Der von der Erfindung umgesetzte Mechanismus hat selbstverständlich nur zum Ziel, die Integrität des Zellenstroms zwischen Sender und Empfänger, d. h. die Aufrechterhaltung der Gleichdauer, zu gewährleisten; ihr Gegenstand ist jedoch nicht die Gewährleistung der Integrität der übertragenen Informationen. Diese Integritätsprüfung der Informationen müßte von einem anderen Mechanismus an sich bekannten Typs (Prüfcode usw.) ausgeführt werden. Es ist jedoch anzumerken, daß es Anwendungen gibt, für die keine solche Gewährleistung der Integrität angestrebt wird, wie beispielsweise die Übertragung von Videobildern, für welche einige durch die Übertragung hervorgerufene Störungen akzeptiert werden können.
Nachdem alle N Zellen gesendet worden sind, wird folglich die sendende Einrichtung eine Zählerstands-Zelle, die den Wert des Zählers enthält, erzeugen und über das Netz übertragen; der Empfänger wird seinerseits die Zählerstände der eigentlichen Informationszellen diskriminieren und den Inhalt dieser Zählerstands-Zelle analysieren, um Verluste oder Einfügungen von Zellen zu erfassen.
Um das Verfahren gegenüber einem Verlust der Zählerstands-Zelle widerstandsfähig zu gestalten, bevor es durch eine Erfassung einer Unterbrechung langer Dauer gesperrt wird, wird der Inhalt der Zählerstands-Zelle vorzugsweise mit einem Fehlerprüfcode gegen Übertragungsfehler geschützt. Fehlerhafte Zählerstands-Zellen werden folglich zurückgewiesen, und es wird die folgende fehlerfreie Zählerstands-Zelle abgewartet, um den Vergleich des Zustands der Zähler (da der Sendezähler nicht von einer Zählerstands- Zelle zur nächsten auf Null zurückgesetzt worden ist, sondern weiter vorgerückt ist, übermittelt die Zählerstands-Zelle den Momentanwert dieses Zählers) vorzunehmen.
Außerdem muß die Korrektur der Integrität der Zellen erfolgen, ohne daß der Mechanismus zur Regelung des Wiederherstellungstaktgebers (ein Mechanismus der weiter unten mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben ist) eingeschaltet wird, was eine Filterung der Fluktuationen über einen Zeitraum, der größer als das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zählerstands-Zellen ist, zwingend erfordert.
Die Schaltung 16 zur Erfassung von Verlusten und Einfügungen von Zellen, die diese Funktionen umsetzt, ist in Fig. 7 veranschaulicht.
Sie umfaßt zunächst eine Schaltung 21, welche die Unterscheidung zwischen normalen Zellen und Zählerstands-Zellen sicherstellt und die fehlerhaften Zählerstands- Zellen nach einer Analyse ihres Fehlerprüfcodes herausfiltert.
Im Fall des Empfangs einer Zählerstands-Zelle wird der in ihr enthaltene Wert ausgelesen und an einen der Eingänge einer Komparatorschaltung 20 angelegt, deren anderer Eingang den Wert des lokalen Zählers der empfangenen Zellen 23 erhält.
Im Fall einer normalen Informationszelle wird an die Schaltung 22 ein Impulssignal angelegt, um den lokalen Zähler 23 um eine Einheit zu inkrementieren. Die Schaltung 22 ermöglicht, im Fall einer Unterbrechung von langer Dauer (Signal ILD) eine nicht empfangene normale Zelle durch eine lokal erzeugte Füllzelle zu ersetzen (Kennimpuls des lokalen Takts CL); die Schaltung 22 besteht aus einer Kippschaltung, die einen Zwei- Wege-Multiplexer bildet, der im Fall der Erzeugung eines ILD-Signal auf Empfang der Füllzelle steht (Eingang S. Set) und beim Eintreffen einer empfangenen Zelle (Kennimpuls CR an den Eingang R angelegt: Reset) auf Null zurückgesetzt wird.
Im Fall einer am Ausgang des Komparators 20 festgestellten Differenz korrigiert das von dieser Schaltung erzeugte Signal den Wert des (im Register 10 enthaltenen) Pufferzeigers entsprechend dem Wert CPT (Korrektur des Pufferzeigers) um eine Anzahl von Zellen, nach oben oder nach unten. Dieser Wert wird außerdem an den Eingang des lokalen Zählers 23 angelegt, um diesen wieder auf den aus der Zählerstands-Zelle erhaltenen Wert zu setzen.
Es ist anzumerken, daß der Verlust einer Zählerstands-Zelle keine andere Auswirkung hat, als eine Erhöhung der Wahrscheinlichkeit, einen Verlust oder eine Einfügung von Zellen zu erfahren und folglich eine größere Abweichung korrigieren zu müssen; es wird sich darauf beschränkt, die folgende Zählerstands-Zelle abzuwarten, um die Korrektur auszuführen.
Außerdem ist anzumerken, daß in dem sehr wenig wahrscheinlichen Fall (unter Berücksichtigung der Vorsichtsmaßnahmen, die mit Hilfe der Fehlerkorrekturcodes getroffen werden) einer entgegengenommenen fehlerhaften Zählerstands-Zelle eine falsche Korrektur durch eine entgegengesetzt wirkende Korrektur mit der ersten folgenden Zählerstands-Zelle, die fehlerfrei empfangen wird, ausgeglichen wird. Außerdem kann der Bereich der möglichen Korrekturen auf sinnvolle Werte (beispielsweise ± 6) begrenzt werden, um ungewöhnliche Korrekturen zu vermeiden.
Während der Initialisierungsphase des Empfängers ist der Zähler der empfangenen Zellen gesperrt, die erste empfangene Zählerstands-Zelle dient der Initialisierung des Wertes des Zählers der empfangen Zellen und der Freigabe dieses.
Nun wird die Schaltung 17 zur Verringerung des Flimmerns und zur Kompensation der Drift der Taktgeber mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben.
Nachdem die Integrität der Anzahl der übertragenen Zellen gewährleistet ist, steht in der Tat ein Pufferspeicher zur Verfügung, der die zeitlichen Unterschiede der Ausbreitung in dem Netz, die durch die Warteschlangenmechanismen in jedem durchquerten Übergangsknoten verursacht sind, neutralisieren soll; dieser Unterschied ist desto größer, um so mehr Knoten durchlaufen werden und um so stärker die benutzten Verbindungen belastet sind.
Beiläufig sei erwähnt, daß der Pufferspeicher so bemessen sein sollte, daß ein mittlerer Befüllungsgrad der Hälfte dieses Speichers gewährleistet und die Wahrscheinlichkeit des Überlaufs vernachlässigbar ist. Die Größe dieses Pufferspeichers sollte der Verzögerung der Erfassung einer Unterbrechung langer Dauer, die den Puffer leeren kann, ebenso wie dem größtmöglichen Flimmern, das vor dem Einführen von Füllzellen durch das Netz bedingt ist, Rechnung tragen.
Der Wiederherstellungstaktgeber wird dann über den Befüllungsgrad des Empfangspuffers geregelt. Diese Regelung sollte die schnellen Veränderungen der Speicherfüllung aufgrund der vorangehend beschriebenen Erscheinung herausfiltern. Nur die langsame Drift des Taktgebers sollte wirklich zu einer Nachoptimierung des Wiederherstellungstaktgebers, d. h. zu einer permanenten Korrektur seiner Frequenz führen.
Was das Flimmern anbelangt, so ist sowohl theoretisch als auch praktisch gezeigt worden, daß die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Wartezeit pro Übergangsknoten einem Gesetz folgt, das einem Gesetz vom Typ M/D/1/n (Poisson-Gesetz der Eintrittswahrscheinlichkeit/ Gesetz des deterministischen Dienstes/mit 1 Server/und n Quellen) nahekommt, wenn die Quellen mit Erzeugern eines Poisson-Verkehrs vergleichbar sind. Erfolgen nacheinander mehrere Übergänge, werden folglich mehrere Knoten durchlaufen, so ergibt sich eine Faltung der Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Wartezeiten für jeden Übergang. Diese Operation führt nach fünf bis zehn Übergängen zu einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, die einer Normalverteilung nahekommt, die als Median die Summe der Mittelwerte und als Variationsbreite die Summe der einzelnen Varianzen besitzt. Ein solches Gesetz ist in Fig. 4 unter C schematisch dargestellt.
Diese Verteilung, die sich auf einen bestimmten Beobachtungszeitpunkt bezieht, weist zeitliche Veränderungen auf.
Wenn bedacht wird, daß ein Satz von Zellen, die zeitlich um 12us beabstandet sind, dem schnellsten Dienst über ein Multiplex mit 15 bedienten Zellen zwischen zwei Zellen des Satzes entspricht, dann wird nur eine schwache Korrelation zwischen den Wartezeiten vorhanden sein, die zwei aufeinanderfolgende Zellen des Satzes, mit 2 Mbit/s in diesem Beispiel, erfahren. Die einzige Einschränkung, die vorliegt, ist die Beachtung der Reihenfolge der Zellen beim Empfang.
Schlußfolgernd kann also die Übertragungsverzögerung als ein zufälliger Wert betrachtet werden, der der Summe einer deterministischen Variable (Mittelwert der Übergangszeit) und einem Gaußschen weißen Rauschens entspricht.
Was die Drift der Taktgeber anbelangt, so kann entweder eine sinusförmige Drift der Frequenz oder aber eine beständige Drift (Abgleiten) vorliegen.
Im ersten Fall wird es ausreichend sein, die maximale Anzahl an Zellen des sinusförmigen Abgleitens zu bestimmen, um diese bei der Dimensionierung des Puffers zu berücksichtigen.
Im Gegensatz dazu wird es im zweiten Fall notwendig sein, eine Kompensation der Drift durch eine Regelung des Wiederherstellungstaktgebers vorzusehen.
Beim Empfang gibt die mittlere Position des Befüllungsgradzeigers des Pufferspeichers diese Drift an; folglich wird dieser Parameter als Regelgröße verwendet.
Beispielsweise wird sich bei einem Taktgeber mit 2,048 Mbit/s und einer Stabilität von 10&supmin;&sup5; ein maximales Abgleiten von 20 Bit pro Sekunde ergeben, dem entspricht etwa aller 12 Sekunden eine Zelle (256 Bit).
Diese Regelung kann mittels der in Fig. 8 veranschaulichten Schaltung 17 durchgeführt werden, die neben dem zuvor erwähnten Wiederherstellungstaktgeber 13 einen Aufwärts/Abwärtszähler 24 umfaßt, der durch die Kennimpulse der empfangenen Zellen CR inkrementiert und durch die Kennimpulse der lokalen Zellen CL dekrementiert wird, wobei außerdem eine Korrektur durch das Korrektursignal CPT des Pufferzeigers eingeführt wird. Außerdem wird die Veränderung des Zustands des Zählers im Fall der Erfassung einer Unterbrechung langer Dauer durch das Signal ILD gesperrt.
Dieser Zähler gibt ein Signal zur Regelung der Frequenz ASF ab, das den Taktgeber 13 steuert. Es ist anzumerken, daß die Kennimpulse der lokalen Zellen einfach durch Division mittels einer Frequenzteilerschaltung 25 aus dem vom lokalen Taktgeber abgegebenen Taktsignal CK erhalten werden.
In einer Initialisierungsphase des Empfängers ermöglicht eine Schaltung 26, die empfangenen Zellen in den Pufferspeicher zu schreiben, ohne das Auslesen des Puffers zu gestatten. Wenn auf diese Weise der Puffer zur Hälfte gefüllt ist, wird das Auslesen im Takt des lokalen Taktgebers gestattet (Anlegen eines Signals auf den Eingang S (Set) der Kippschaltung 26), und die Position des Zeigers des Pufferspeichers wird auf seinen Referenzwert initalisiert, wobei der Zähler 24 auf Null gesetzt wird.
Um die Frequenzkorrektur vorzunehmen, können vorteilhaft nur die zwei Frequenzwerte des Wiederherstellungstaktgebers verwendet werden, die sich jeweils am Ende des funktionalen Normalbereiches befinden, nämlich die beiden Frequenzen F&sub0; - ΔF und F&sub0; + ΔF mit ΔF/F = 10&supmin;&sup4;.
In Abhängigkeit vom Vorzeichen der Differenz zwischen der momentanen Position des Befüllungsgradzeigers des Puffers der empfangenen Zellen und dem mittleren Befüllungsgrad dieses wird dann entweder die eine oder die andere der beiden Frequenzen verwendet. In regelmäßigen Zeitabständen, die durch den Wiederherstellungstaktgeber bestimmt sind, wird der neue Wert der Wiederherstellungsfrequenz in Abhängigkeit von der Position des Zeigers gewählt. Mit den weiter oben angegebenen Zahlenwerten beträgt die Korrekturfrequenz wenigsten 8000 Korrekturen pro Sekunde und die Korrektur ± 10&supmin;&sup4; F&sub0;.

Claims

1. Vorrichtung zur Übertragung synchroner Informationen über ein asynchrones Netz (3) wie etwa ein Netz des ATM-Typs, in dem die Informationselemente in Paketen aus Datenbits zwischen einem Senderelement (1), einer Schnittstelle (4) des Senderelements, einem Empfängerelement (2) und einer Schnittstelle (5) des Empfängerelements (2) transportiert werden, wobei jedes dieser Pakete aus einer Informationszelle (6) gebildet ist, die einerseits einen Adressenträger-Kopf (7) und andererseits ein Nutzfeld (8), das die zu übertragenden Informationen trägt, umfaßt, wobei das Senderelement (1) und das Empfängerelement (2) untereinander im synchronen Modus auf der Basis eines lokalen Takts zum Senden und eines lokalen Wiederherstellungstakts (13) beim Empfang bzw. im plesiochronen Modus arbeiten, wobei die Schnittstellenvorrichtung des Empfängerelements (5) wenigstens einen Wiederherstellungspuffer (9) enthält, der am Eingang in einem unregelmäßigen Takt des asynchronen Netzes einen Strom von Informationszellen empfängt und am Ausgang in einem regelmäßigen Takt des lokalen Wiederherstellungstakts (13) Informationszellen liefert, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Kombination umfaßt:

- erste Mittel (15) zum Erfassen von Unterbrechungen mit langer Dauer oder eines Abklingens im Strom der empfangenen Zellen (CR) durch das Empfängerelement (2), mit einem Zähler (18) für lokale Zellen (CL) mit Nullrücksetzung durch jede empfangene lokale Zelle (CR), Mitteln (19) zum Vergleichen eines Wertes des Zählers mit einem vorgegebenen Schwellenwert S. die bei einer Überschreitung des Schwellenwertes S ein Unterbrechungssignal (ILD) mit langer Dauer erzeugen können,

- zweite Mittel (16) zum Erfassen und Kompensieren eines Verlusts oder einer Einfügung von Zellen, die so beschaffen sind, daß sie:

- die Anzahl der vom Empfängerelement (2) empfangenen Zellen in einem Zähler (23) zählen,

- die Anzahl der vom Senderelement (1) gesendeten Zellen zählen und eine spezifische Zelle, die die Anzahl der gesendeten Zellen enthält, senden,

- bei jedem Empfang einer spezifischen Zelle den Wert der in der spezifischen Zelle enthaltenen Anzahl mit der Anzahl der empfangenen Zellen vergleichen und

- bei einer Differenz zwischen den Werten ein Korrektursignal (CPT) erzeugen, um einen Adressierungszeiger (10) des Wiederherstellungspuffers (9) zu inkrementieren oder zu dekrementieren,

- dritte Mittel (17), die das Unterbrechungssignal (ILD) mit langer Dauer, das Korrektursignal (CPT), die Kennimpulse der lokalen Zellen (CL) und die Kennimpulse der empfangenen Zellen (CR) empfangen und das Zittern und die Trimmung der Ableitung des Takts verringern können und ein Signal ASF, das die Frequenz in Abhängigkeit vom Befüllungsgrad des Wiederherstellungspuffers (9) in Richtung zum Wiederherstellungstakt (13) regelt, erzeugen können, wobei das Frequenzregelungssignal (ASF) durch das Unterbrechungssignal (ILD) mit langer Dauer gesperrt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel (16) umfassen:

- Mittel (21) zum Unterscheiden normaler Zellen von spezifischen Zellen, die auf seiten des Senderelements (1) eingefügt werden,

- eine Schaltung (22), die so beschaffen ist, daß sie:

- den lokalen Zähler (23) bei Empfang einer normalen Zelle um eine Einheit inkrementiert,

- beim Taktkennimpuls (CL) eine Transportfehler-Zelle erzeugt, wenn eine Unterbrechung mit langer Dauer auftritt,

- Mittel (20) zum Vergleichen des in einer spezifischen Zelle enthaltenen Wertes mit dem Wert des lokalen Zählers (23) und, falls eine Differenz vorhanden ist, zum Erzeugen eines Signals, um den Wert des Adressierungszeigers (10) des Wiederherstellungspuffers (9) zu modifizieren.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Aufwärts/Abwärtszähler (24) umfaßt, der die Kennimpulse der lokalen Zellen (CL), die Kennimpulse der empfangenen Zellen (CR) und das Korrektursignal (CPT) sowie das Unterbrechungssignal (ILD) mit langer Dauer empfängt und ein Signal (ASF) zur Regelung der Frequenz in Richtung zum Wiederherstellungstakt (13) liefert.

4. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Frequenzteilerschaltung (25) umfaßt, die ein Wiederherstellungstaktsignal (CK) empfängt und die Kennimpulse der lokalen Zellen (CL) liefert.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Initialisierungsschaltung (26) umfaßt, die so beschaffen ist, daß sie den Pufferspeicher mit einem Referenzwert füllt und die Position des Adressierungszeigers (10) des Wiederherstellungspuffers (9) auf seine Referenzposition initialisiert.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter, der verwendet wird, um das Regelungssignal zu erzeugen, die mittlere Position des Adressierungszeigers (10) des Wiederherstellungspuffers (9) ist.