DE69431821T2 - Datenübertragungsnetz mit hoher Kapazität und geeigneten Netzknoten - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Datenkommunikationsnetz hoher Kapazität und auf einen dafür geeigneten Knoten.
• Sowohl in lokalen (LAN = Local Area Network) als auch in städtischen (MAN = Metropolitan Area Network) Datenkommunikationsnetzen ist einer der Faktoren die bei der Auswertung des Kommunikationsprotokolls zu berücksichtigen sind, die Möglichkeit einer gerechten Aufteilung der Kapazität des Kommunikationsmediums auf die Netzknoten.
• Für das Stadtbereichsnetz wurde von der IEEE-802.6-Arbeitsgruppe ein als DQDB (Distributed Queueing Dual Bus) bekanntes Protokoll genormt; für eine genaue Beschreibung eines solchen Protokolls sei z. B. auf das Buch von Martin De Prycker mit dem Titel "Asynchronous Transfer Mode: Solution for Broadband ISDN", London, Ellis Horwood. Nov. 1990, Abs. 6.5 "DQDB", S. 246 bis 255 verwiesen.
• Ein solches Protokoll basiert auf einer Dual-Bus-Architektur, bei der es zwei Netzknoten gibt, die auch als Kupfendestationen, die Schlitze über das Netz und von dem Netz erzeugen und löschen, dienen und bei der alle Netzknoten durch Erfassen der freien Schlitze senden. Eines der wohlbekannten Probleme solcher Protokolle ist die "Ungerechtigkeit", d. h. die Tatsache, dass manche Knoten des Netzes gegenüber anderen favorisiert werden, oder genauer, dass die Wahrscheinlichkeit des Erfassens eines freien Schlitzes umso größer ist, die näher die Position, die ein Knoten auf dem Bus einnimmt, bei der Kopfendestation liegt; ein solcher Vorteil wird dadurch geschmälert, dass das DQDB-Protokoll einen Schlitzreservierungsmechanismus besitzt.
• Aus der Literatur sind mehrere Lösungen dieses Problems bekannt, für einen kurzen Überblick sei z. B. auf P. Davids u. a., "Performance enhancment in DQDB networks". Proceedings EFOC/LAN '92, S. 223 bis 228, Paris, 24.-26.06.92 verwiesen; solche Lösungen beseitigen das Problem nicht völlig; zudem sind sie nicht immer einfach und wirtschaftlich umsetzbar.
• Die Datenkommunikationsnetze und insbesondere die Stadtbereichsnetze erfordern heutzutage eine immer höhere Kapazität für den Verkehrstransport.
• Es wurden mehrere Lösungen vorgeschlagen, die Lichtleitfasern verwenden und die WDM- Technik (WDM = Wavelength Division Multiplex = Wellenlängenmultiplex) anwenden, unter denen die auf dem DQDB-Protokoll basierende parallele Architektur, die von S. Casale u. a. in "A Parallel Architecture for a DQDB MAN", Proceedings ICCC '92, S. 415 bis 419, Genua. 28.09.-02.10.1992 dargelegt wurde, von besonderem Interesse ist.
• Auch bei dieser parallelen Architektur stellt sich auf Grund dessen, dass sie aus mehreren dualen Bussen zusammengesetzt ist, die alle mit den verschiedenen Knoten verbunden sind und das DQDB-Protokoll verwenden, das Problem der "Ungerechtigkeit".
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere ein Netz zu schaffen, in dem die Kapazität des Kommunikationsmediums gerecht auf die Netzknoten aufgeteilt werden kann, ohne den Durchsatz des Netzes selbst zu verkleinern.
• Diese Aufgabe wird durch das Datenübertragungsnetz mit den im Anspruch 1 dargelegten Merkmalen oder durch das Stadtbereichsnetz mit den im Anspruch 4 dargelegten Merkmalen gelöst. Weitere vorteilhafte Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
• Bei Anwendung der parallelen Architektur zur Verbindung der Knoten eines Netzes mit mehreren Kommunikationsmedien, bei der von jedem Kommunikationsmedium ein anderer Netzknoten in erster Linie bevorzugt oder benachteiligt wird, wird auf andere Weise als durch den verwendeten Protokolltyp für Gerechtigkeit gesorgt.
• Zudem wird die Kapazität des Netzes in dieser Weise nicht nur nicht herabgesetzt, sondern erhöht.
• Vorteilhaft kann das logische Kommunikationsmedium bei Anwendung der WDM-Technik durch eine einzige Lichtleitfaser implementiert werden.
• Die Erfindung wird deutlicher aus der folgenden Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit der dazugehörigen Zeichnung, deren einzige Figur eine Ausführungsform eines aus drei Knoten gebildeten Netzes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, aufgenommen wird.
• Ein Datenkommunikationsnetz umfasst stets mehrere Knoten und ein Kommunikationsmedium, das dazu bestimmt ist, diese Knoten nach einem Kommunikationsprotokoll miteinander zu verbinden. In Datenkommunikationsnetzen kommt es häufig vor, dass wenigstens ein Knoten hinsichtlich der Bearbeitung des durch ihn bewirkten Verkehrs bezüglich der Verbindung mit einem solchen Kommunikationsmedium bevorzugt oder benachteiligt wird; dies kann durch das Protokoll, die Netztopologie oder durch beides bedingt sein; im Fall eines DQDB-Netzes wird der als Kopfstation dienende Knoten in erster Linie bevorzugt, während der als Endstation dienende Knoten in erster Linie benachteiligt wird; das Gleiche gilt für jeden anderen Knoten des Netzes; tatsächlich wird dieser gegenüber Knoten, die sich nach seiner Position auf dem Bus befinden, bevorzugt und gegenüber Knoten, die sich vor seiner Position auf dem BLlS befinden, benachteiligt.
• Das Netz gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens ein weiteres Kommunikationsmedium, das dazu bestimmt ist, die Knoten des Netzes nach demselben Kommunikationsprotokoll miteinander zu verbinden, derart, dass ein Knoten des Netzes, der sich vom vorherigen unterscheidet, hinsichtlich der Bearbeitung des durch ihn bewirkten Verkehrs bezüglich der Verbindung mit einem solchen Kommunikationsmedium gleich bevorzugt oder benachteiligt wird.
• Die Erläuterung der Art und Weise, wie die Lehren der vorliegenden Erfindung auf ein DQDB-Netz angewendet werden können, wird hier mit Bezug auf die Figur gegeben.
• Das in der Figur gezeigte Netz umfasst drei Knoten ST1, ST2, ST3, die über drei duale Busse B1, B2, B3 miteinander verbunden sind; jeder duale Bus umfasst zwei einzelne Busse, die mit den Nachsilben "-L1" und "-L2" gekennzeichnet sind: so umfasst z. B. der duale Bus B1 die einzelnen Busse B1-L1 und B1-L2.
• Nun wird angenommen, dass über ein DQDB-Netz verfügt wird, das durch die drei Knoten ST1, ST2, ST3 und den dualen Schleifenbus B1 gebildet ist; weiterhin wird angenommen, dass der Knoten ST1 als Kopfendestation für den dualen Schleifenbus B1 dient. Gemäß den Lehren der Erfindung muss ein zweiter dualer Schleifenbus B2 vorgesehen sein und ein Knoten, der sich von ST1 unterscheidet, als Kopfendestation dienen: beispielsweise der Knoten S12.
• Um die maximale Gerechtigkeit zu erzielen, reicht es aus, dafür zu sorgen, dass die Anzahl von Kommunikationsmedien, die im Netz enthalten sind, gleich der Anzahl von Knoten des Netzes selbst ist: bei nochmaligem Bezug auf das vorhergehende Beispiel ist es erforderlich, drei duale Busse B1, B2, B3 vorzusehen, in denen die drei Knoten ST1, ST2, ST3 jeweils als Kopfendestationen dienen.
• Durch dieses Vorgehen hängt die Gerechtigkeit selbstverständlich nicht mehr von der dem Protokoll eigentümlichen Gerechtigkeit ab; im Gegensatz dazu kann sogar vorteilhaft ein sehr ungerechtes, leicht zu implementierendes Protokoll verwendet und für die parallele Netzstruktur zur Wiederherstellung der Gerechtigkeit genommen werden.
• Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Kommunikationsmedien durch ein einziges Kommunikationsmedium (ein Koaxialkabel, eine Lichtleitfaser usw.) unter Anwendung der herkömmlichen Frequenzmultiplextechnik verwirklicht ist. Das auf den obenerwähnten Lehren basierende Stadtbereichsnetz wird nun gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• Ein solches städtisches Netz umfasst eine Menge von Knoten (z. B. ST1, ST2, ST3) und eine erste Menge von Schleifenbussen (z. B. B1-L1, B2-L1, B3-L1); die Busse einer solchen ersten Mehrzahl von Bussen ist dazu bestimmt, die Knoten gemäß einer entsprechenden Mehrzahl von Schlitze erfassenden Schemata miteinander zu verbinden, wobei verschiedene Knoten von Schlitze erzeugenden und löschenden Stationen ausgehend nach unterschiedlichen Schemata arbeiten.
• Eine Ausführung eines solchen Stadtbereichsnetzes könnte aus einer parallelen, jedoch vereinfachten Variante des Protokolls eines DQDB-Netzes gebildet sein.
• Das DQDB-Protokoll basiert darauf, dass Informationsschlitze über einen der einzelnen Busse wandern und die Reservierungen der Informationsschlitze über den anderen Bus in der zur vorhergehenden Richtung entgegengesetzten Richtung wandern; ein solcher Mechanismus ist dann dank der Gegenwart von zwei Bussen ein doppelter Mechanismus (für Näheres siehe obenerwähntes Buch).
• Obwohl die Reservierungen zur Verbesserung der Gerechtigkeit des Netzes dienen, könnten sie dank der oben erläuterten parallelen Struktur entfallen, weshalb sich auch der zweite Bus erübrigen könnte.
• Der Idealzustand ist natürlich, wenn die Anzahl von Bussen der ersten Mehrzahl gleich der Anzahl der Knoten der Menge ist.
• Noch vorteilhafter vom Standpunkt der Netzzuverlässigkeit umfasst das Stadtbereichsnetz ferner eine zweite Mehrzahl von Schleifenbussen (z. B. B1-L2, B2-L2, B3-L2) entsprechend der ersten solchen Mehrzahl; die Busse einer solchen Mehrzahl sind paarweise so beschaffen, dass sie die Netzknoten in Übereinstimmung mit einer entsprechenden Mehrzahl von DQDB- Schemata miteinander verbinden und unterschiedliche Knoten als Kopfendestationen für unterschiedliche Schemata dienen.
• Eine Ausführung eines solchen Stadtbereichsnetzes könnte aus einer parallelen Version eines DQDB-Netzes bestehen. Deshalb könnte in diesem Fall auch der Schlitzreservierungsmechanismus entfallen. Eine solche Ausführung würde den großen Vorteil besitzen, dass die Netzkapazität, die Gerechtigkeit und das Beibehalten der Kompatibilität mit dem IEEE-802.6-Standard in einem großen Maße erhöht bzw. verbessert würden.
• Durch Anwendung der Frequenzmultiplextechnik kann eine solche Mehrzahl von Bussen vorteilhaft durch ein einziges physikalischen Kommunikationsmedium verwirklicht werden.
• Insbesondere kann, durch den hohen Kapazitätsbedarf bedingt, ein solches physikalisches Kommunikationsmedium eine Lichtleitfaser sein und die angewendete Multiplextechnik das Wellenlängenmultiplexverfahren sein.
• Es sei hier im Voraus angemerkt, dass der Begriff "Untermenge einer vorgegebenen Menge" im Folgenden eine Menge bezeichnet, die eine Anzahl von Komponenten zwischen 1 und N-1 umfasst, wobei N die Anzahl von Komponenten einer solchen vorgegebenen Menge ist.
• Sobald eine Mehrzahl von Schemata vorbereitet worden ist, können mehrere Varianten ihrer Verwendung durch die Menge von Netzknoten aufkommen, beispielsweise: Knoten, die zu einer Untermenge der Netz-Sendedaten gehören, indem lediglich Schemata verwendet werden, die zu einer Untermenge der Mehrzahl gehören, oder Knoten, die zu einer Untermenge der Netz-Empfangsdaten gehören, indem lediglich Schemata verwendet werden, die zu einer Untermenge der Mehrzahl gehören.
• Natürlich erfordert das Netz gemäß der vorliegenden Erfindung spezielle Knoten, umso arbeiten zu können, dass wenigstens eine Interaktion mit einer Mehrzahl von Kommunikationsmedien und Schemata möglich ist.
• Insbesondere ist der Netzknoten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dazu geeignet, über eine Mehrzahl von logischen Kommunikationsmedien nach demselben schlitzbasierten Protokoll Daten zu senden und zu empfangen, und so beschaffen, dass er wenigstens für eines der logischen Kommunikationsmedien als Schlitzerzeugungseinrichtung dient.
• Außerdem dient das logische Kommunikationsmedium, falls es eine Schleife oder einen geschlossenen Bus bildet, auch als Schlitzlöscheinrichtung.

Claims (10)

1. Datenkommunikationsnetz, das mehrere Knoten (ST1, ST2, 8T3) und mehrere parallele Kommunikationsmedien (B1-L1, B2-L1, B3-L1) umfaßt;

   dadurch gekennzeichnet, daß jeder der mehreren Knoten Daten über die mehreren Kommunikationsmedien in Übereinstimmung mit einem "DQDB"-Protokoll ("Distributed Queue Dual Bus"-Protokoll) Daten übermittelt;

   daß jedes der mehreren Kommunikationsmedien alle der mehreren Knoten miteinander verbindet, um gesendete Daten bidirektional und unabhängig von den übrigen der mehreren Kommunikationsmedien zu senden;

   dass jedes entsprechende der mehreren Kommunikationsmedien einen jeweils unterschiedlichen der mehreren Knoten als jeweilige Kopfendestation des jeweiligen Kommunikationsmediums besitzt;

   und dass die jeweilige Kopfendestation die höchste Priorität hat, um Daten über das jeweilige Kommunikationsmedium zu senden.
2. 2. Netz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es Kommunikationsmedien in einer Anzahl besitzt, die gleich der Anzahl von Knoten der mehreren Knoten ist.
3. 3. Netz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsmedien durch ein einziges physikalisches Kommunikationsmedium unter Verwendung der Frequenzmultiplextechnik verwirklicht sind.
4. 4. Stadtbereichsnetz, das umfasst: eine Menge von Knoten (ST1, ST2, ST3) und eine erste Mehrzahl von Bussen (B1-L1, B2-L1, B3-L1), die alle der Menge von Knoten miteinander verbinden;

   dadurch gekennzeichnet, dass in der Knotenmenge Untermengen der Knotenmenge definiert sind;

   dass jeder der ersten Mehrzahl voll Bussen ein Schleifenbus ist:

   dass jeweils unterschiedliche Knoten der Knotenmenge Mittel zum Erzeugen und Löschen von Zeitschlitzen in Übereinstimmung mit einem jeweiligen Schema umfassen;

   dass jedes der jeweiligen Schemata einer der Untermengen der Knotenmenge entspricht;

   dass jeder entsprechende Bus der ersten Mehrzahl von Bussen einen jeweils unterschiedlichen Knoten der Knotenmenge als eine jeweilige Kopfendestation des jeweiligen Busses besitzt;

   und dass die jeweilige Kopfendestation die höchste Priorität zum Senden von Daten über den jeweiligen Bus hat.
5. 5. Stadtbereichsnetz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Bussen der ersten Mehrzahl gleich der Anzahl von Knoten der Menge ist.
6. 6. Stadtbereichsnetz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine zweite Mehrzahl von Bussen (B1-L2, B2-L2, B3-L2), die der ersten Mehrzahl entspricht, umfasst, wobei die Busse der jeweiligen Mehrzahl paarweise so beschaffen sind, dass sie die Knoten in Übereinstimmung mit einer entsprechenden Mehrzahl von Mehrfachzugriff-DQ-Schemata miteinander verbinden, und dass die Busse der jeweiligen Mehrzahl Schleifenbusse sind und jeweils unterschiedliche Knoten als Kopfendestationen für unterschiedliche Schemata dienen.
7. 7. Stadtbereichsnetz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Busse durch ein einziges physikalisches Kommunikationsmedium unter Verwendung der Frequenzmultiplextechnik verwirklicht sind.
8. 8. Stadtbereichsnetz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das physikalische Kommunikationsmedium eine Lichtleitfaser ist und dass die Multiplextechnik das Wellenlängenmultiplexverfahren ist.
9. 9. Stadtbereichsnetz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Knoten, die zu einer Untermenge der Menge gehören, so beschaffen sind, dass sie Daten unter Verwendung lediglich von Schemata, die zu einer Untermenge der Mehrzahl gehören, senden.
10. 10. Stadtbereichsnetz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Knoten, die zu einer Untermenge der Menge gehören, so beschaffen sind, dass sie Daten unter Verwendung lediglich von Schemata, die zu einer Untermenge der Mehrzahl gehören, empfangen.