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DE69416849T2 - Digitale übertragungsstrecke zum effizienten transport von gemischten paketklassen - Google Patents

Digitale übertragungsstrecke zum effizienten transport von gemischten paketklassen

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Publication number
DE69416849T2
DE69416849T2 DE69416849T DE69416849T DE69416849T2 DE 69416849 T2 DE69416849 T2 DE 69416849T2 DE 69416849 T DE69416849 T DE 69416849T DE 69416849 T DE69416849 T DE 69416849T DE 69416849 T2 DE69416849 T2 DE 69416849T2
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DE
Germany
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packet
priority
packets
transmission
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69416849T
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DE69416849D1 (de
Inventor
Douglas N. Ottawa Ontario K1H 7K2 Commons
Keith C. Kanata Ontario K2L 3L3 Dysart
John G. Kanata Ontario K2K 2H6 Ellis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nortel Networks Ltd
Original Assignee
Northern Telecom Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Northern Telecom Ltd filed Critical Northern Telecom Ltd
Publication of DE69416849D1 publication Critical patent/DE69416849D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69416849T2 publication Critical patent/DE69416849T2/de
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Description

    Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Hochgeschwindigkeitsübertragung digitaler Daten in Paketen von einem Knoten zu einem anderen. Insbesondere ist die Erfindung auf eine neuartige Übertragungstechnik gerichtet, durch die digitale Daten verschiedener Klassen in wirkungsvoller Weise über eine einzige Übertragungsstrecke übertragen werden können.
    • Stand der Technik
  • Multimedia wird als die Telekommunikation der Zukunft angepriesen. Telekommunikationsnetze müssen eine Vielzahl von Verkehr abwickeln können, wie z. B. Sprache, Video, Daten usw.; mit anderen Worten heißt dies, daß die Bandbreite gemeinsam von vielen unterschiedlichen Klassen von Verkehr genutzt werden muß. Unterschiedliche Klassen von Verkehr erfordern jedoch unterschiedliche Dienstqualitäten seitens des Netzes, bezüglich beispielsweise der Übertragungsgeschwindigkeit, der Wahrscheinlichkeit eines Übertragungsfehlers, der Netzverzögerung usw.. Hinsichtlich der Netzverzögerung sind interaktive Daten-, Sprach- und Videoverkehrsarten verzögerungsempfindlich, und die Empfindlichkeit ist durch einen Voll-Duplex-Betrieb gekennzeichnet, bei dem Benutzer einen zeitlich festgelegten Dienst erwarten. Im Hinblick auf die Folgen eines langsamen Durchsatzes auf die Zufriedenheit der Kunden werden langsame interaktivwe Operationen als unzureichend betrachtet. Gegenüber Verzögerungen nicht empfindlicher Verkehr schließt beispielsweise eine große Datenmenge umfassendes Herunterladen von nicht in Echtzeit bearbeiteten Videodaten ein. Dieser Verkehr kann relativ große Verzögerungen vertragen, weil die Endbenutzer die Verzögerung nicht sehen. Typischerweise sind diese Dienste Simplex-Dienste, und die Verzögerung ist für den Benutzer transparent.
  • Es werden ATM- und schnelle Paketvermittlungsarchitekturen für integrierte Vermittlungsanwendungen vorgeschlagen. Diese Breitbandtechnologien sind durch Zellen-vermittelte Daten gekennzeichnet. Der Hauptvorteil der Zellenvermittlung besteht darin, daß sie Vermittlungsverzögerungen, die durch Sprach-/Video-/ Daten-Wechselwirkungen hervorgerufen werden, zu einem Minimum macht, und daß sie für eine durch Hardware beschleunigte Leitweglenkung geeignet ist. Die Zellenvermittlung ergibt eine vorhersagbare und steuerbare Verzögerung. Lange Datenpakete stören sich nicht in nachteiliger Weise mit Verzögerungsempfindlichen Sprachpaketen.
  • Die Zellenvermittlung ergibt einen Verbindungs-orientierten Leitweglenkungsalgorithmus, der eine Fehlanordnung von Paketen verhindert. Durch Ausbilden eines eindeutigen Pfades wird sichergestellt, dass Zellen in einer Folge ankommen. Unter normalen Umständen folgen alle einer Verbindung zugeordneten Zellen einem genau festgelegten Pfad.
  • Die Zellenvermittlung löst in effektiver Weise das Aussendungsverzögerungs- und Ablaufsteuerungsproblem für verbindungsorientierte Dienste, doch ist sie nicht besonders gut für verbindungslose Datendienste geeignet. Die Paketvermittlung verbindungsloser Datendienste über eine Breitband-Zellenvermittlung führt auf Grund von Mehrpfad-Verzögerungsänderungen zu Zellen, deren Reihenfolge nicht mehr eingehalten ist. Die Neuanordnung von Zellen, deren Reihenfolge nicht mehr eingehalten ist, in Pakete, ergibt erhebliche Verarbeitungsanforderungen an den Endstationen des Benutzers. Weiterhin erfordert der Transport von großen (10-20 kByte) Datenpaketen eine Prozessor-intensive Paketfragmentierung in Zellen und das erneute Zusammensetzen von Zellen in Pakete.
  • In der Vergangenheit wurden Bandbreite-Teilungsschemas für die integrierte Paketvermittlung über ein Vermittlungsnetz vorgeschlagen. Ein Schema für ein integriertes Sprach- und Datennetz ist in dem US-Patent 4 914 650 beschrieben, das am 3. April 1990 auf den Namen Sriram erteilt wurde. Dieses Netz weist einen mit einer Sprachwarteschlange angeordneten Multiplexer zur Speicherung empfangener Sprachpakete und eine Datenwarteschlange zum Speichern empfangener Datenpakete auf. Sprachpakete werden über ein vorgegebenes Intervall T1 übertragen, und Datenpakete werden übe r ein vorgegebenes Intervall T2 übertragen. Die vorgegebenen Intervalle T1 und T2 können eine unterschiedliche Dauer haben. Die Multiplexer können zusätzlich mit einer getrennten Signalisierungswarteschlange zum Speichern empfangener Signalisierungsnachrichten ausgebildet sein. Wenn eine Signalisierungsnachricht in die getrennte Signalisierungswarteschlange während entweder des Intervalls T1 oder T2 bewegt wird, so wird dieses Intervall ausgesetzt und die Übertragung von Sprach- oder Datenpaketen wird von dem Ende eines Paketes aus unterbrochen, bis die Signalisierungsnachricht unterbrochen wurde. Dann wird die Übertragung der unterbrochenen Sprach- oder Datenpakete für den Rest des ausgesetzten Intervalls T1 oder T2 wieder aufgenommen.
  • Das Sriram-Patent gibt weiterhin an, daß alternativ ein Multiplexer mit einer getrennten Signalisierungswarteschlange zum Speichern von empfangenen Signalisierungsnachrichten zu irgendeiner Zeit angeordnet werden kann. Signalisierungsnachricht- Übertragungsintervalle sind entweder zwischen den Intervallen T1 und T2, zwischen den Intervallen T2 und T1 oder zwischen beiden reserviert. Diese Signalisierungsintervalle weisen eine flexible Dauer auf, die ausreichend lang ist, um alle die Signalisierungsnachrichten zu übertragen, die auf eine Übertragung warten. Der Multiplexer teilt eine bestimmte minimale Bandbreite für Sprach- und Datenverkehr zu. Dies schützt jede Art von Verkehr gegen einen Stau, der durch die andere Art hervorgerufen wird. Gleichzeitig teilt der Multiplexer jeder Art von Verkehr irgendeine freie Bandbreite zu, die momentan verfügbar ist, weil sie nicht von der anderen Art von Verkehr verwendet wird. Signalisierungsnachrichten werden mit sehr geringen Verzögerungen und einem Paketverlust von Null bedient.
  • In dem US-Patent 4 707 831 vom 17. November 1987 auf den Namen von Weir et al., ist ein elektrisches Informationsübertragungssystem beschrieben. Bei dem System werden sowohl Sprache als auch Daten als Pakete über virtuelle Verbindungen übertragen, die in einem vollständig digitalen Netz ausgebildet werden, wobei die Sprach- und Datenpakete mit der Bitrate des Übertragungsmediums übertragen werden, wobei Sprachpakete eine Priorität gegenüber Datenpaketen haben. Wenn ein Sprachpaket während der Übertragung eines Datenpaketes festgestellt wird, wird die Übertragung dieses Datenpaketes unterbrochen, um die Übertragung des Sprachpaketes über das Übertragungsmedium zu ermöglichen, und wenn das Medium wieder frei von Sprache wird, so wird der nicht übertragene Teil des unterbrochenen Datenpaketes als ein getrenntes Paket übertragen.
  • Bei dem System von Weir et al. werden sowohl Sprache als auch Daten als Pakete über virtuelle Verbindungen übertragen, die in einem vollständig digitalen Netz ausgebildet sind. Eine virtuelle Verbindung wird von einer anrufenden Partei zu einer angerufenen Partei beim Gesprächsverbindungsaufbau ausgebildet. Jedes Paket enthält eine Quellenadresse, eine Zieladresse, eine Leitweglenkungsinformation des Vermittlungsnetzes, usw., zusätzlich zu der Nutzlast und anderer Netzverwaltungsinformation. Jedes Paket bleibt intakt, während es über das Netz hinweg übertragen wird, mit Ausnahme von Netzverwaltungsinformation und Leitweglenkungsinformation. Jedes Paket wird über das Netz zu dem Ziel entlang der Route übertragen, die in der Leitweglenkungsinformation festgelegt ist. Wenn daher ein Kunde Sprache zu einem Ziel senden will, während Datenpakete zu einem anderen Ziel über die gleiche Schleife übertragen werden, so muß das Sprachpaket die Übertragung der Datenpakete unterbrechen, weil es eine minimale Verzögerung erfordert. Das Patent erreicht dies dadurch, daß ein Endteil an das unterbrochene Datenpaket angehängt wird und der verbleibende, nicht übertragende Teil des Datenpaketes in einem Puffer gespeichert wird. Wie ein Datenpaket enthält auch ein Sprachpaket Adressen, Leitweginformation usw., doch ist es 64 Byte lang, statt der 124 Bytes für ein Datenpaket. Während das Datenpaket unterbrochen wird, muß das Sprachpaket einen Kanal in einem synchronen TDM-Zeitschlitz belegen, und es wird unmittelbar übertragen, wenn ein Zeitschlitz gefunden wird. Wenn die Schleife verfügbar wird, wird der verbleibende Teil der Daten in dem Puffer als ein getrenntes Paket ausgesandt, das Adressen, Leitweginformation usw. enthält. In dem Paket ist die Übertragung Byte-orientiert und erfordert auf Grund der kanalisierten (Zeitschlitz-orientierten) Konstruktion Zusatzbytes. Wie dies weiter oben beschrieben wurde, werden Pakete über eine virtuelle Verbindung vom einen Ende zum anderen transportiert. Daher muß jedes Paket Adressen, Leitweglenkungsinformationen usw. enthalten. Das Patent unterstützt nicht mehrfache Unterbrechungen eines Datenpaketes. Dies bedeutet, daß das Patent die Verzögerung von eine hohe Priorität aufweisenden Paketen nicht garantieren kann. Wenn beispielsweise eine Verbindungsstrecke ein Paket von 16 K aussenden muß und gestoppt wird, nachdem lediglich ein Datenbyte ausgesandt wurde, um Sprache einzufügen, so werden nun 64 Sprachbytes ausgesandt, und die verbleibenden 15999 Datenbytes müssen herausgespielt werden, was ebenfalls irgendwelche zukünftigen Sprachpakete verzögert. Weil das Patent das Datenpaket auf 1 K und Sprachpakete auf 64 Bytes beschränkt, stellt dies ggf. kein Problem für eine Schleifenschaltung dar. Bei einem Netz mit hoher Dichte kann diese Technik jedoch nicht ohne schwerwiegende Beschränkungen des Betriebsverhaltens verwendet werden.
    • Ziele der Erfindung
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Transport gemischten Verkehrs mit unterschiedlichen Klassen von einem Knoten zu einem anderen über eine einzige Verbindungsstrecke zu schaffen.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Transport von gemischtem Verkehr mit unterschiedlichen Klassen von einem Knoten zu einem anderen über eine einzige Verbindungsstrecke zu schaffen, wobei eine Klasse des Verkehrs die Aussendung der anderen Klasse unterbrechen kann.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein integriertes Zellenvermittlungsnetz zu schaffen, das sowohl die verbindungsorientierte als auch die verbindungslose Paketvermittlung von gemischtem Verkehr mit unterschiedlichen Klassen abwickeln kann.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Kurz gesagt, ist die vorliegende Erfindung auf ein digitales Telekommunikationssystem zur seriellen paketweisen Übertragung von verschiedene Größen aufweisenden Digitaldaten mit zwei oder mehr unterschiedlichen Prioritäten von einer Quellenkarte zu einer Zielkarte über eine Übertragungsstrecke gerichtet. Das System umfaßt die die Karten verbindende Übertragungsstrecke, wobei jede der Karten zwei oder mehrere Puffer aufweist und jedem Puffer eine Priorität zur individuellen Pufferung von Paketen von digitalen Daten, entsprechend deren Priorität, zugeteilt ist. Ein Übertragungs-Steuergerät bedient die Puffer zur Übertragung eines darin gepufferten Paketes zu der Zielkarte entsprechend der Prioritäten, so daß ein Paket mit einer Priorität in dem zugeordneten Puffer die Übertragung eines Paketes mit anderen Prioritäten von ihren jeweils zugeordneten Puffern unterbrechen kann und dieses in ein oder mehrere Paketfragmente fragmentieren kann. Das Übertragungsstrecken-Steuergerät fügt zu jedem der Pakete und den Fragmenten eine Flagge, Prioritätsbits, Sequenzbits, ein Abgeschlossen-Bit und CRC-Bits hinzu.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur seriellen Übertragung von digitalen Daten mit zwei oder mehr unterschiedlichen Prioritäten in Paketen mit unterschiedlichen Größen über eine Verbindungsstrecke von einer Quellenkarte zu einer Zielkarte gerichtet, die in einem digitalen Telekommunikationssystem enthalten sind. Das Verfahren um faßt die Schritte der getrennten Pufferung von Paketen digitaler Daten an jeder Karte entsprechend der Priorität der Pakete in zwei oder mehr jeweils zugeordneten Puffern und die Bedienung der Puffer an der Quellenkarte zur Übertragung von Paketen zu der Zielkarte entsprechend ihrer Prioritäten, so daß ein eine höhere Priorität aufweisendes Paket in einem eine höhere Priorität aufweisenden Puffer zu jeder Zeit die Übertragung eines eine niedrigere Priorität aufweisenden Paketes von einem eine niedrigere Priorität aufweisenden Puffer dadurch unterbricht, daß das die niedrigere Priorität aufweisende Paket in ein oder mehrere Paketfragmente fragmentiert wird. Das Verfahren schließt weiterhin den Schritt der Hinzufügung von Prioritätsbits, Sequenzbits und eines Abgeschlossen-Bits zu jedem der Pakete und Fragmente ein, um jeweils dies Priorität, die Sequenznummer bzw. die Abgeschlossenheit jedes Pakets anzuzeigen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und weiterer Ziele und Vorteile hiervon kann nunmehr auf die folgende Beschreibung Bezug genommen werden, die an Hand der beigefügten Zeichnungen erfolgt, in denen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Telekommunikationsnetzes ist, bei dem Übertragungsstrecken oder Leitungsbündel gezeigt sind, um einen Vermittlungsknoten zu verbinden. Die vorliegende Erfindung ist auf die Übertragungsstrecken angewandt.
  • Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Übertragungsstrecke ist, die eine Quellenkarte und eine Zielkarte verbindet,
  • Fig. 3 eine Darstellung des Datenflusses von Puffern zu einer Übertragungsstrecke ist,
  • Fig. 4 ein Protokollformat entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
  • Fig. 5 ausführlicher die Quellen- und Zielkarten zeigt.
    • Ausführungsformen der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer typischen Netzanwendung unter Verwendung eines neuartigen Übertragungesstreckenprotokolls, das zum Transport einer Nutzlast von einer Quellenkarte 10 zu einer Zielkarte 12 bestimmt ist und eine Paketfragmentierungs- oder -unterteilungs-Fähigkeit einschließt. Das Netz ist durch mehr als einen Vermittlungsknoten 14 gebildet, die über Übertragungsstrecken oder Leitungsbündel 16 miteinander verbunden sind. Die Vermittlung (Paket, Schaltung, Zelle usw.) erfolgt an jedem Knoten 14 und liegt außerhalb des Protokolls der vorliegenden Erfindung. Bei der Ausführungsform wird gemischter Verkehr, wie z. B. Sprache und Daten, über eine Übertragungsstrecke transportiert, in der der Sprachverkehr gegenüber Datenverkehr eine höhere Priorität aufweist, und zwar auf Grund der Forderung nach kürzeren Verzögerungen. Es sei jedoch bemerkt, dass mehr als zwei Verkehrsklassen abgewickelt werden können, die jeweils eine andere Priorität auf der Grundlage anderer Kriterien oder bevorzugter Zustände haben, als die Anforderungen an die Verzögerung.
  • Gemäß Fig. 2 sind zwei Warteschlangen 20 und 22 an der Quellenkarte 24 auf der linken Seite vorgesehen, um die zu übertragenden, in Pakete unterteilten Daten zu speichern. Auf diese Warteschlangen folgen Puffer 26 und 28, die Pakete oder teilweise zerlegte Pakete speichern, wie dies der Fall sein kann. Die Puffer 26 und 28 werden in der Reihenfolge des ersten Ankommens bedient, wobei jedoch der die hohe Priorität aufweisende Puffer immer vor dem eine niedrigere Priorität aufweisenden Puffer bedient wird, und tatsächlich hat der eine hohe Priorität aufweisende Puffer immer dann Vorrang gegenüber dem eine niedri gere Priorität aufweisenden Puffer, wenn irgendwelche, eine hohe Priorität aufweisende Pakete auf ihre Aussendung warten. Ein Prioritätskodierer 30 liest die Priorität der in den Warteschlangen gespeicherten Pakete. Aus den Warteschlangen heraus bediente Pakete werden zunächst in jeweiligen Puffern 26 und 28 gespeichert, wo sie darauf warten, daß ein Anfangsblock und ein Endblock angehängt wird. Ein Anfangsblock-Generator 32 empfängt Prioritätsanzeigen von dem Prioritätskodierer 30 und andere Informationen, wie z. B. eine Sequenznummer, eine Flagge, CRC, usw., aus dem Aussendungskontext 34 und bringt den Anfangsblock und den Endblock an jedem Paket an. Wenn keine Pakete in einer Warteschlange für die Aussendung angeordnet sind, so wird ein Flaggenbegrenzer ausgesandt. In der Praxis sind der Prioritätskodierer 30, die Puffer 26 und 28, der Anfangsblock-Generator 32 und der Aussendungskontext 34 in eine Kunden-ASIC-Schaltung eingebaut.
  • Der Zerlegungsvorgang beginnt, wenn ein Paket mit niedrigerer Priorität vorübergehend ausgesetzt wird, während ein Paket mit hoher Priorität ausgesandt wird. Eine hohe Priorität aufweisende Pakete werden so lange weiter ausgesandt, wie der eine hohe Priorität aufweisende Sendepuffer auszusendende Daten enthält. Wenn der eine hohe Priorität aufweisende Puffer geleert wurde, wird das Paket mit niedrigerer Priorität erneut gestartet, und der Rest des eine niedrigere Priorität aufweisenden Paketes wird ausgesandt. Es ist möglich, daß ein eine niedrige Priorität aufweisendes Paket so oft wie erforderlich unterbrochen und auf irgendeine Größe fragmentiert wird, und zwar in Abhängigkeit von der Ankunft von eine hohe Priorität aufweisenden Paketen an der Sende-Warteschlange.
  • An der Zielkarte 36 werden die empfangenen Pakete oder die fragmentierten Pakete an einem Anfangsblock-Leser 38 von dem Anfangsblock abgetrennt. Ein Protokollprüfer 40 überwacht die Priorität und die Sequenznummer der Pakete und lenkt sie in ihre jeweiligen Puffer 42 und 44, auf die Warteschlangen 46 und 48 folgen. Eine niedrigere Priorität aufweisende Pakete werden zusammengesetzt, während eine hohe Priorität aufweisende Pakete einfach in die Warteschlange eingebracht werden. Eine hohe Priorität aufweisende Pakete werden niemals fragmentiert, so daß sie nicht zusammengesetzt oder zerlegt werden müssen.
  • Fig. 3 zeigt die Form des Übertragungsstrecken-Datenstroms gemäß der vorliegenden Erfindung. Daten sind so dargestellt, als ob sie sich von rechts nach links bewegen, d. h., die Bits auf der linken Seite werden als Erste ausgesandt. Auf der linken Seite wurde ein eine niedrige Priorität aufweisendes Paket D1 gestartet, worauf es dann von einem Paket D2 mit hoher Priorität unterbrochen wird. Das Paket mit niedriger Priorität wird fragmentiert, und seine Übertragung wird ausgesetzt, bis alle Pakete mit hoher Priorität ausgesandt wurden. Sobald die Pakete hoher Priorität ausgesandt wurden, wird das Paket mit niedriger Priorität wieder aufgenommen. Ein weiteres Paket D3 mit hoher Priorität kommt jedoch zum Zeitpunkt t1 nach dem Ende von D2 an und unterbricht ebenfalls D1. Nach D3 wird D1 wieder aufgenommen, bis alle verbleibenden Paketfragmente ausgesandt wurden. Es sei bemerkt, daß jedes Fragment durch eine Flagge F begrenzt ist.
  • Fig. 4 zeigt ausführlich das Protokoll gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, ist dies ein Übertragungsstrecken-Protokoll, das dazu bestimmt ist, eine Nutzinformation von einer Quellenkarte zu einer Zielkarte zu transportieren. Bei dieser Ausführungsform definiert das Protokoll ein Pakettransportsystem mit zwei Verzögerungsklassen. Das Format des Protokolls beruht auf dem HDLC-Format mit der Hinzufügung eines neuen 1-Bit-Feldes (Priorität) und eines 4-Bit-Feldes (SEQuence - Reihenfolge) zwischen der Anfangsflagge und der Nutzinformation und einem neuen 1-Bit-Feld (Abgeschlossen) unmittelbar vor dem CRC-Feld. Das erste 1-Bit-Feld identifiziert die Priorität des Paketes als HOCH (1) oder NIEDRIG (0). Das 4-Bit-Feld identifiziert die Sequenznummer (SEQ) oder die Reihenfolge. Das 1-Bit-Feld (C), das dem Ende der Nutzinformation hinzugefügt ist, zeigt an, ob das Paket abgeschlossen ist (1), oder in dem nachfolgenden Paket fortgesetzt (0) wird. Das vorstehende Protokoll bei dieser Ausführungsform unterstützt zwei Prioritätspegel (P). Ein Paket mit niedriger Priorität kann durch ein oder mehrere Pakete mit hoher Priorität unterbrochen werden; ein Paket mit hoher Priorität kann nicht unterbrochen werden. Das Abgeschlossen-Bit (C) wird für ein Paket mit hoher Priorität immer auf Eins (1) gesetzt. Es ist selbstverständlich festzustellen, daß irgendeine Anzahl von Prioritätsstufen auf Kosten von Hardware- und Software-Kompliziertheit vorgesehen werden kann. Es sei weiterhin bemerkt, daß die Beschreibung sich bisher auf die Prioritätsstufen des Verkehrs bezüglich ihrer Verzögerungsempfindlichkeit bezieht. Der Verkehr kann jedoch entsprechend anderer Kriterien in Kategorien unterteilt werden, und das Prioritätsfeld des Protokolls kann dazu verwendet werden, einen bestimmten Verkehr gegenüber anderen bevorzugt zu behandeln.
  • Das Sequenzfeld (SEQ) enthält eine 4-Bit-Nummer, die mit dem niedrigst bewerteten Bit LSB als Erstes ausgesandt wird und deren Wert in jedem Paket von Daten mit hoher Paket oder jedem Paketfragment mit Daten niedriger Priorität um Eins größer als die Sequenznummer des vorhergehenden Paketes sein sollte. Die Sequenznummer springt von 15 auf 0 um. Die Sequenznummer wird dazu verwendet, festzustellen, ob Pakete wiederholt oder übersprungen werden, wenn ein Paket hoher Priorität ein Paket niedriger Priorität unterbricht. Jedesmal dann, wenn ein Paket wiederholt oder übersprungen wird, wie dies in der SEQ angzeigt wird, werden alle Pakete niedriger Priorität oder alle Paketfragmente nach dem Paket hoher Priorität verworfen.
  • Das Paketfragmentierungsprotokoll der vorliegenden Erfindung ist Bitorientiert und kann auf jeder transparenten Übertragungsstreckeneinrichtung verwendet werden. Zusätzlich ist es möglich, dieses Protokoll auf DS1/E1-Einrichtungen zu verwenden, bei denen ein Bit-Stoppverfahren erforderlich sein kann, um die Dichte an Eins-Werten aufrechtzuerhalten. Die Null-Bit-Einfügung- und -Entfernung werden außerhalb des Paketfragmentierungsprotokolls eingesetzt und sind als Ergebnis transparent. Das Protokoll dieser Erfindung ermöglicht die Leitweglenkung von Verzögerungsempfindlichen Paketen mit einer vorhersagbaren Speicherungs- und Weiterleitungsverzögerung. Verzögerungsempfindliche Pakete werden gegenüber Verzögerungsunempfindlichen Paketen bevorzugt ausgesandt. Das Protokoll sieht einen Fehlerschutz in Form von CRC und Sequenznummern vor, wobei fehlerhafte Fragmente als schlecht markiert werden (gespeichert im Block-Deskriptor) und durch Software verworfen werden. Im Schlimmstfall beträgt die Protokoll-Zusatzinformation an den Paketfragmenten 46 Bits pro Nutzinformation, unter Ausschluß der Flaggen-Bits.
  • Die Quellen- und Zielkarten sind ausführlich in Fig. 5 gezeigt. Der Sender-Datenpfad für die Protokollerzeugung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist links gezeigt. Ein Speicher 50 speichert unterschiedliche Kategorien (oder Prioritäten) von zu übertragenden Daten an unterschiedlichen Speicherplätzen, d. h., bei der vorliegenden Erfindung kann der Speicher in eine Warteschlange mit hoher Priorität und einem Puffer für Daten mit hoher Priorität sowie in eine Warteschlange mit niedriger Priorität und einen Puffer für Daten mit niedriger Priorität aufgeteilt sein. Selbstverständlich können getrennte Warteschlangen und Puffer für unterschiedliche Kategorien von Daten vorgesehen sein. Ein Sende-Steuerblock 52 erzeugt die Zeitsteuerung und liefert Signale über eine Leitung 54 an ein Stufenbildungsregister 56 und ein Datenregister 58, um auszusendende 8-Bit-Worte von Nutzinformationsdaten geeignet auszurichten. Der Sende-Steuerblock 52 liefert weiterhin Signale an einen Protokoll-/Sequenznummernblock 60 zur Einfügung der neuen Bit-Felder (Prioritäts-, Sequenz- und Abgeschlossen-Felder), die weiter oben beschreiben wurden, in die Nutzinformationsdaten zur geeigneten Zeit, um TXDATA 62 zu bilden. Der Protokoll-/Sequenz- Block 60 besteht aus Prioritäts-(P-) und Abgeschlossen-(C-) 1-Bit-Speicherregistern 64 und 66, dem Sequenzgenerator (SEQ) 68, der ein 4-Bit-Parallel-Ein-/Seriell-Aus-Speicherregister ist, und einer 4-Bit-Folgeschaltung 70. Der Sendesteuerblock 52 empfängt die Priorität der in dem gemeinsamen Speicher 50 gespeicherten Nutzinformationsdaten und sendet sie an das Prioritätsregister 64. Der Sequenzgenerator 68 und die Folgeschaltung 70 zählen aufwärts und fügen die Sequenznummer der Pakete ein. Die Sequenznummer springt von 15 auf 0. Wie dies weiter oben beschrieben wurde, werden unmittelbar nach der Aus sendung der Anfangsflagge die Prioritäts-(P-) und Sequenz-(SEQ-) Bits über TXDATA übertragen. Die Nutzinformation folgt unmittelbar auf dieses Anfangsbitfeld, das über das Datenregister 58 geliefert wird. Jedesmal dann, wenn ein Paket mit niedriger Priorität unterbrochen wird, wird das Abgeschlossen-(C-)Bit auf 0 gesetzt, was anzeigt, daß das derzeitige Paket unterbrochen wurde und unvollständig oder nicht abgeschlossen ist.
  • Die Steuer- und Protokoll-/Sequenz-Blöcke werden immer dann auf einen bekannten Zustand gebracht, wenn der Rücksetzeingang angelegt wird. Während des Rücksetzens werden die Prioritäts-(P-), Abgeschlossen-(C-) und Sequenz-(SEQ-)Bits auf 0 gesetzt. Dies ist eine synchrone Schaltung bezüglich CLK. Eingangs-Priorität und EOP (Ende des Paketes oder Abgeschlossen) werden synchron zu den Prioritäts- und Abgeschlossen-Speicherregistern aktualisiert. Die Kombination des Sequenzgenerators und der Folgeschaltung erzeugt die Sequenznummer für jedes übertragene Paket. Der Steuerblock ergibt eine Steuerung über eine Kombinationslogik und eine finite Zustandsmaschine, um die zusätzlichen Felder in richtiger Weise in das Protokoll einzufügten.
  • Fig. 5 zeigt weiterhin den Empfangsdatenpfad auf der rechten Seite. Der Empfänger-Steuerblock 72 erzeugt die Zeitsteuerung, die Signale für den Protokoll-/Sequenz-Prüfblock 74 liefert, um das hinzugefügte Bit-Feld von den RXDATA zu der passenden Zeit abzuleiten. Unmittelbar nach dem Empfang der Anfangsflagge an der Flaggendetektionsschaltung 76 und dem Datenregister 78, die durch das Zeitsteuersignal von dem Block 72 gesteuert werden, werden die Prioritäts-(P-) und Sequenz-(SEQ-)Bits von RXDATA abgeleitet und an den Protokoll-Sequenz-Block 74 abgesandt. Die Nutzinformation folgt dann unmittelbar auf die Anfangs-P- und SEQ-Bitfelder und wird über das 8-Bit-Stufenbildungsregister 72 an den gemeinsamen Speicher 80 abgelenkt. Die Protokollbits werden an dem Protokoll-/Sequenz-Block 74 auf eine Prioritätsänderung (P), einen Sequenzfolgenfehler in dem Sequenzfeld (SEQ) und ein unvollständiges oder unterbrochenes Paket überprüft, das durch das Abgeschlossen-(C-)Feld angezeigt ist. Der Protokoll-/Sequenz-Block 74 besteht aus 4-Bit-Speicherregistern OLD-SEQ 84 und SEQ 86, 1-Bit-Speicherregistern für die Priorität 88 und für Abgeschlossen 90 und aus einem 4-Bit-Vergleicher 92.
  • Die Steuer- und Protokoll-Sequenz-Blöcke werden jedesmal dann auf einen bekannten Zustand gebracht, wenn der Rücksetzeingang angelegt wird. Während des Rücksetzens werden die Speicherregister OLD SEQ 84, SEQ 86, Priorität 88 und Abgeschlossen 90 auf 0 gesetzt. Dies ist eine synchrone Schaltung, bezogen auf CLK. Der Steuerblock liefert eine Steuerung über eine Kombinationslogik und eine finite Zustandsmaschine, um die zusätzlichen Felder von den Eingangs-RXDATA in richtiger Weise abzuleiten. Der Vergleicher 94 bestimmt, ob ein Paket übersprungen oder wiederholt wurde, indem die Nummer in dem SEQ-Feld überwacht wird. Diese Information wird für eine spätere Verarbeitung gespeichert.
    • Wiederholte Fragmentierung
  • Die Protokoll-Prüfeinrichtung an der Zielkarte erfaßt wiederholte Fragmente jedesmal dann, wenn die Sequenznummer eines ankommenden Paketfragmentes 1 bis 4 kleiner als erwartet ist. Die Prüfeinrichtung verwirft alle wiederholten Paketfragmente. Wenn das Paketfragment mit der erwarteten Sequenznummer ankommt, leitet die Prüfeinrichtung das Paketfragment an den jeweiligen Puffer weiter.
    • Übersprungenes Fragment
  • Die Protokoll-Prüfeinrichtung erfaßt übersprungene Paketfragmente jedesmal dann, wenn die Sequenznummer eines ankommenden Paketfragmentes 1 bis 4 größer als erwartet ist. Wenn ein übersprungenes Paketfragment festgestellt wird, aktualisiert die Protokollprüfeinrichtung ihre erwartete Sequenznummer, so daß sie gleich der Sequenznummer des letzten Paketfragmentes ist, das angekommen ist. Die Protokollprüfeinrichtung verwendet die neue Sequenznummer bei der Prüfung aller nachfolgenden Paketfragmente.
  • Jedesmal dann, wenn ein Fehler für ein übersprungenes Fragment angezeigt wird, sollte das Paketprotokoll der oberen Schicht eine CRC-Prüfung auf der Paketebene an den letzten empfangenen Paketen durchführen. Die CRC-Prüfung auf der Paketebene ist erforderlich, um zu bestimmen, ob das Paket Daten verloren hat. Eine CRC-Prüfung auf der Fragmentebene reicht nicht aus, um zu bestimmen, ob ein verlorenes Fragment aufgetreten ist. 13 s sei bemerkt, daß die Pakete hoher Priorität vollständig in einem Fragment eingekapselt sind, so dass die CRC-Prüfung auf der Fragmentebene gleich einer CRC-Prüfung auf einer Paketebene ist (lediglich für Pakete hoher Priorität).
  • Wiederholte oder verlorene Paketfragmente können auftreten, wenn DS1-/E1-Einrichtungen verwendet werden, die Datenrahmen-Frequenzabweichungen verwenden, um kleine Unterschiede zwischen den Empfangs- und Sende-Taktfrequenzen auszugleichen. Wenn ein DS1- Sender Daten etwas schneller als der Empfänger aussendet, so treten Überläufe auf. Um Überläufe zu verhindern, entfernt der Sender periodisch einen Rahmen mit 24 Bytes (193 Bits). Die Entfernung von 24 Bytes kann den Verlust von vollständigen Paketfragmenten hervorrufen; dies tritt ein, wenn das Fragment vollständig in die 24-Byte-Abweichung passt. Ohne die Sequenznummern würde dieser Verlust unerkannt bleiben.
  • Wenn ein DS1-Sender Daten mit einer etwas niedrigeren Rate als die des Empfängers aussendet, so könnte der Empfänger einen Unterlauf aufweisen. T1-Einrichtungen führen einen zusätzlichen 24-Byte-Rahmen von Daten ein, um Unterläufe zu verhindern. Der zusätzliche Rahmen ist eine Wiederholung des vorhergehenden Rahmens, so daß die Möglichkeit besteht, daß vollständige Paketsegmente wiederholt werden. Die Protokoll-Sequenznummern stellen eine Fragment-Wiederholung fest.
  • Auf der Grundlage einer minimalen Nutzinformationsgröße von 3 Bytes (2 Adressenbytes und 1 Datenbyte) beträgt die minimale Paketfragmentgröße 38 Bits. Hierbei wird vorausgesetzt, dass kein CRC vorliegt, und daß die Schnittstelle keinen Null- Stoppgang durchführt. Wenn ein T1-Rahmen wiederholt wird, so werden 193 Bits wiederholt, und daher besteht die Möglichkeit, daß bis zu 5 Paketfragmente (193 geteilt durch 38) wiederholt werden. Damit das Protokoll in eindeutiger Weise die wiederholten Fragmente identifiziert, sind zumindest 11 Sequenznummern erforderlich (Nyquist-Kriterium). Eine 11 Zustände aufweisende Sequenznummer verhindert eine Zweideutigkeit bei Paketen auf Grund des Umspringens des Modulus-Zählers. Unter der Voraussetzung, daß das Protokoll der vorliegenden Erfindung Bitorientiert ist, wurde die logische Sequenznummergröße als 16 ausgewählt, was die kleinste binäre Sequenznummer größer als 11 ist.
  • Das Paketfragment enthält eine Oktet-ausgerichtete Nutzinformation, die von einer Quellenkarte zu einer Zielkarte gesandt wird. Die Nutzlast besteht aus einem Benutzer-Paket, das eine Software-Leitweglenkungsadresse einschließen kann. Voreilende Bytes der ersten Fragment-Nutzinformation werden von dem Software-Leitweglinkungssystem verwendet, um die Benutzerdaten weiterzulenken. Die Länge der Nutzinformation ist eine ganzzahlige Anzahl von Bytes. Die Länge der Nutzlast ist eine ganzzahlige Anzahl von Bytes. Das Protokoll gemäß der vorliegenden Erfindung bricht das Paket in Oktet-ausgerichtete Fragmente auf, die tatsächlich in dem Nutzinformationsfeld transportiert werden. Die in einem Fragment geführte Nutzinformation kann das gesamte Paket oder irgendeinen Teil des Pakets einschließen, in Abhängigkeit davon, ob eine Fragmentierung aufgetreten ist. Eine hohe Priorität aufweisende Sendepakete enthalten immer das gesamte Benutzer-Paket in der Nutzinformation.
  • Die Verzögerung, die ein bestimmtes Paketfragment erfährt, beruht auf der Paketlänge, dividiert durch die Übertragungsstreckengeschwindigkeit. Eine hohe Sendepriorität aufweisende Pakete sollten hinsichtlich ihrer Länge begrenzt sein, so daß die Sendeverzögerung nicht die maximale Paketverzögerung übersteigt, die für Daten mit hoher Priorität tolerierbar ist.
  • Pakete innerhalb des Breitbandnetzes weisen eine feste oder eine veränderliche Länge auf. Um eine annehmbare Vermittlungsverzögerung für Sprach- und Videoanwendungen aufrecht zu halten, werden bei der vorliegenden Erfindung zwei maximale Paketgrößen verwendet. Sprach- und Video-Pakete haben eine maximale Paketgröße, die minimale Vermittlungs- und Zusammenfügungs-Verzögerungen sicherstellt, während Datenpakete eine größere maximale Paketgröße haben, was ihre Unempfindlichkeit gegenüber Verzögerungen wiedergibt. Die maximale Paketgröße kann beispielsweise ungefähr 64 Byte für Daten hoher Priorität und 16 kByte für Daten niedriger Priorität sein. Diese Zahlen sind jedoch lediglich Beispiele, und in der Praxis werden die maximalen Paketgrößen auf der Grundlage der Übertragungsstreckengeschwindigkeit berechnet. Daher ist es möglich, unterschiedliche Paketgrößen für unterschiedliche Übertragungsstrecken zwischen Knoten in einem Netz zu verwenden, bei dem einige Übertragungsstrecken schneller als andere sind.
  • Die Sprachverzögerung wird dadurch niedrig gehalten, daß die Sprachpaketgröße bezogen auf die Übertragungsstreckengeschwindigkeit klein gehalten wird. Die Unterbrechung von Datenpaketen mit niedriger Priorität fragmentiert effektiv das jeweils transportierte Paket, so daß das Ziel die Pakete wieder zusammenfügen muß. Die Fragmentierung führt weiterhin die Möglichkeit einer Fragment-Fehlanordnung ein. Diese unerwünschte Charakteristik wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch beseitigt, dass Pakete nur auf einem Leitungsbündel oder einer Übertragungsstrecke fragmentiert werden können. Eine einzige Übertragungsstrecke wirkt wie ein Puffer, bei dem die ersten Daten als Erstes ausgeleitet werden, wobei eine Fehlanordnung nicht möglich ist.

Claims (7)

1. Digitales Telekommunikationssystem zur seriellen Übertragung von digitalen Daten mit zwei oder mehr unterschiedlichen Prioritäten in Paketen mit verschiedenen Größen von einer Quellenkarte (24) zu einer Zielkarte (36) über eine Übertragungsstrecke (16), die die die Quellen- und Ziel-Karten verbindende Übertragungsstrecke, ein Übertragungsstrecken-Steuergerät an die Quellen-Karte und eine Protokoll-Prüfeinrichtung an der Zielkarte umfasst und routinemäßig Datenrahmen-Frequenzabweichungen verwendet, um Unterschiede zwischen den Takten in dem System während der Übertragung von digitalen Daten abzugleichen, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß:
jede der Karten zwei oder mehr Puffer (26 und 28) und zwei oder mehr Warteschlangen (20,22, 46 und 48) aufweist, wobei jede Warteschlange und Puffer miteinander verbunden sind und diesen eine Priorität zugeordnet ist, um einzelne Pakete oder fragmentierte Pakete von digitalen Daten mit irgendeiner Anzahl von Bytes entsprechend deren Priorität zu speichern,
das Übertragungsstrecken-Steuergerät an der Quellenkarte so ausgebildet ist, daß es die Puffer zur Übertragung eines darin befindlichen Paketes zu der Zielkarte entsprechend seiner Prioritäten bedient, so daß ein Paket mit höherer Priorität in seinem zugeordneten Puffer zu jeder Zeit in der Lage ist, die Übertragung eines Paketes mit niedrigerer Priorität von dessen zugeordnetem Puffer zu unterbrechen und dieses in ein oder mehrere Paketfragmente mit irgendeiner Anzahl von Bytes zu fragmentieren,
das Übertragungsstrecken-Steuergerät so ausgebildet ist, daß es zu jedem Paket und zu jedem fragmentierten Paket Prioritätsbits, Sequenzbits, CRC-Bits und ein abgeschlossen-Bit hinzufügt, um jeweils die Priorität, die Sequenznummer, CRC und die Abgeschlossenheit jedes Paketes und fragmentierten Paketes anzuzeigen, und
die Protokoll-Prüfeinrichtung (74) an der Zielkarte so ausgebildet ist, daß sie die Sequenznummern von Paketen auf übersprungene oder wiederholte Paketfragmente überwacht, die durch die Datenrahmen-Frequenzabweichungen hervorgerufen sein können.
2. Digitales Telekommunikationssystem nach Anspruch 1, bei dem das Übertragungsstrecken-Steuergerät Folgendes umfaßt:
einen Prioritätskodierer (30), der mit den Warteschlangen verbunden ist, um die Priorität von darin gespeicherten Paketen auszulesen,
einen Anfangsblock-Generator (32) zum Hinzufügen einer Flagge, von Prioritätbits, von Sequenzbits, einem Abgeschlossen- Bit und CRC-Bits zu jedem der Pakete und Paketfragmente, und
eine Sendesteuerung (34) zum Koordinieren des Prioritätskodierers und des Anfangs-Block-Generators.
3. Digitales Telekommunikationssystem nach Anspruch 2, das weiterhin einen gemeinsamen Speicher umfaßt, der in geeigneter Weise unterteilt ist, um für die Warteschlangen und Puffer verwendet zu werden, die jeweils einer anderen Priorität zugeordnet sind.
4. Digitales Telekommunikationssystem nach Anspruch 3, bei dem eine Paketlänge irgendeine Größe innerhalb der jeweiligen maximalen Länge für jede Priorität aufweist, wobei die maximale Länge durch die Geschwindigkeit der Übertragungsstrecke bestimmt ist.
5. Verfahren zur seriellen Übertragung digitaler Daten in einem digitalen Telekommunikationssystem zur seriellen Übertragung von digitalen Daten mit zwei oder mehr unterschiedlichen Prioritäten in Paketen mit veränderlichen Größen von einer Quellenkarte (24) zu einer Zielkarte (36) über eine Übertragungsstecke (16), die die die Quellen- und Zielkarte verbindende Übertragungsstrecke, ein Übertragungsstrecken-Steuergerät an der Quellenkarte und eine Protokoll-Prüfeinrichtung an der Zielkarte umfaßt und die routinemäßig Datenrahmen-Frequenzabweichungen verwendet, um Unterschiede zwischen Takten in dem System während der Übertragung der digitalen Daten abzugleichen, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
Unterbrechung der Übertragung von Datenpaketen einer Priorität durch Datenpakete einer anderen Priorität,
getrenntes Speichern von digitalen Daten mit irgendeiner Anzahl von Bytes entsprechend ihrer Priorität an jeder Karte in zwei oder mehr jeweils zugeordneten Warteschlangen,
getrenntes Übertragen digitaler Daten mit irgendeiner Anzahl von Bytes und Puffern von Paketen von digitalen Daten mit irgendeiner Anzahl von Bytes an jeder Karte entsprechend ihrer Priorität in zwei oder mehr jeweils zugeordneten Puffern,
Bedienen der Puffer an der Quellenkarte zur Übertragung von Paketen entsprechend ihrer Prioritäten, so daß ein Paket höherer Priorität in einem Puffer höherer Priorität zu jeder Zeit die Übertragung eines Paketes niedrigerer Priorität von einem Puffer niedrigerer Priorität durch Fragmentieren des Paketes niedrigerer Priorität in ein oder mehrere Paketfragmente mit irgendeiner Anzahl von Bytes unterbricht,
Hinzufügen von Prioritätsbits, Sequenzbits, CRC-Bits und eines Abgeschlossen-Bits zu jedem Paket und Paketfragment, um jeweils die Priorität, die Sequenznummer, die Fehlerprüfung bzw. die Abgeschlossenheit jedes Paketes und fragmentierten Paketes anzuzeigen,
serielles Empfangen der über die Übertragungsstrecke übertragenen Pakete an der Zielkarte,
getrenntes Puffern empfangener Pakete und Paketfragmente entsprechend ihrer Priorität an ihren jeweils zugeordneten Puffern, und
Überwachen der Sequenzbits der Paketfragmente auf die richtige Sequenz der Paketfragmente und auf übersprungene oder wiederholte Paketfragmente, die durch die Datenrahmen-Frequenzabweichungen hervorgerufen sein können.
6. Verfahren zur seriellen Übertragung digitaler Daten gemäß Anspruch 5, bei dem der Schritt zur Bedienung der Puffer an der Quellenkarte für die Übertragung eines Paketes höherer Priorität jedesmal dann ausgeführt wird, wenn sich ein auszusendendes Paket in dem jeweiligen Puffer befindet, wodurch die Übertragung eines Paketes niedrigerer Priorität jedesmal dann unterbrochen wird, wenn ein Paket höherer Priorität ausgesandt wird, und das Paket niedrigerer Priorität in ein oder mehrere Paketfragmente mit irgendeiner Größe fragmentiert wird.
7. Verfahren zur seriellen Übertragung digitaler Daten gemäß Anspruch 6, das weiterhin den Schritt der Speicherung von Paketen von digitalen Daten in jeweiligen Warteschlangen entsprechend ihrer Priorität vor dem Schritt der einzelnen Pufferung umfaßt.
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