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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Zellenrelaisvorrichtungen und insbesondere
auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Ausführen einer Umschaltung in einer
Zwischenzellenumschalteinheit, die einen Paketverlust durch das
Verhindern eines Durchbrechens der Rahmenintegrität während des Umschaltens
eliminieren.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDS
DER TECHNIK
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Ein
Zellenrelais (cell relay) bezieht sich auf jede Datenkommunikationstechnik,
die auf der Übertragung
kleiner Dateneinheiten fester Länge,
Zellen genannt, basiert. Zellen bestehen aus einem Kopfabschnittsfeld,
das Adressinformation enthält,
und einem Informationsfeld, das Benutzerdaten befördert. Beim
Zellenrelais nimmt ein Zellenumwandler die Datenströme von Sprach-
und Videovorrichtungen mit konstanter Bitrate und die Datenströme von Datenvorrichtungen
mit variabler Bitrate und wandelt sie in Zellen um. Diese Zellen
werden dann über
ein Zellenrelaisnetz auf der Basis der Adressinformation in den Kopfabschnitten
zu mehreren Zielen gelenkt. An jedem Ziel schaffen andere Zellenumwandler
die Bitströme
wieder neu und liefern sie an Benutzervorrichtungen. Mit dem Zellenrelais
können
getrennte Anwendungen auf ein einziges Netz höherer Geschwindigkeit zusammengelegt
werden, was das gesamte Preis-Leistungs-Verhältnis
verbessert. Weiter ist es, da ein Zellenrelaisnetz auf dem Vermitteln
von Dateneinheiten fester Länge
basiert, möglich,
Umschaltstrukturen mit hoher Leistung, die Impulsfolgeraten von
Hunderten Megabit pro Sekunde unterstützen, zu bauen.
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Der
asynchrone Übertragungsmodus
(ATM) ist ein Beispiel einer auf Zellen basierenden Schalt- und
Multiplextechnik. Der ATM ist gestaltet, um einen allgemeinen verbindungsorientierten Übertragungsmodus
für einen
breiten Bereich von Diensten darzustellen. Heutzutage wird der ATM
auf lokalen Netzen (LANs), Stadtnetzen (MANs) und Weitverkehrsnetzen
(WANs) verwendet. Somit wird ATM schnell das erste Protokoll für viele
Kommunikations- und Vernetzungsanwendungen. Mit einem ATM, der auf
LANs, MANs und WANs installiert ist, können alle Typen von Sprach-,
Daten- und Videoverkehr nahtlos zusammen arbeiten. Kein anderes
Protokoll bietet diese nahtlose Integration von Information, was
ATM zu einem Katalysator für
technologische Fortschritte in der Telekommunikation, bei Multimediaanwendungen
und in anderen Märkten
macht. Ein Beispiel eines Netzes, das den ATM verwendet, ist in
der europäischen
Patentanmeldung EP-A-0 880 298 offenbart.
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Der
ATM handhabt sowohl verbindungsorientierten Verkehr als auch verbindungslosen
Verkehr durch die Verwendung von Adaptionsschichten. Typischerweise
arbeiten virtuelle ATM-Verbindungen
entweder bei einer konstanten Bitrate (CBR) oder einer variablen
Bitrate (VBR). Jede ATM-Zelle, die in das Netz gesendet wird, enthält eine
Adresseninformation, die eine virtuelle Verbindung vom Ursprung
zum Ziel aufbaut. Alle Zellen werden dann sequentiell über diese
virtuelle Verbindung übertragen.
Der ATM liefert entweder permanente oder geschaltete virtuelle Verbindungen
(PVCs oder SVCs). Der ATM ist asynchron, da die übertragenen Zellen nicht periodisch
als Zeitschlitze der Daten wie im synchronen Übertragungsmodus (STM) sein
müssen.
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Der
ATM bietet das Potential auf einer Netzarchitektur zum Standard
zu werden, die das Multiplex- und Schaltverfahren definiert. Der
ATM unterstützt
auch viele Dienstgüteklassen
(QoS) für
unterschiedliche Anforderungen der Anwendung hinsichtlich der Verzögerung und
der Verlustleistung. Somit besteht die Vision des ATM darin, dass
ein gesamtes Netz unter Verwendung des ATM und der ATM-Anwendungsschicht-(AAL)-Vermittlungs- und
Multiplexprinzipien konstruiert werden kann, um einen breiten Bereich
aller möglichen
Dienste zu unterstützen,
wie beispielsweise:
- – Sprache
- – Paketdaten
(vermittelter Multimegabit-Datendienst, Switched MultiMegabit Data
Service (SMDS), Internetprotokoll (IP), Rahmenrelais (Frame Relay,
FR))
- – Video
- – Bilderzeugung
- – Schaltungsemulation
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Der
ATM liefert auch Bandbreite auf Anforderung durch die Verwendung
von SVCs und unterstützt
auch LAN-ähnlichen
Zugang zu verfügbarer Bandbreite.
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ATM-Normen
definieren eine Zelle fester Größe mit einer
Länge von
53 Oktetten (oder Bytes), die aus einem Kopfabschnitt mit 5 Oktetten
und einem Nutzdatenabschnitt mit 48 Oktetten besteht. Mit einer
relativ kleinen Zellgröße ist der
ATM ein Kompromiss zwischen den langen Rahmen, die in Datenübertragungen
erzeugt werden, und den kurzen, wiederholten Übertragungen, die für Sprachübertragungen,
Videoübertragung
und andere isochrone Datenübertragungen
gefordert werden.
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Die
Bits in den Zellen werden über
den Übertragungspfad
in einem kontinuierlichen Strom übertragen.
Die Zellen werden in einen physikalischen Übertragungspfad abgebildet,
wie North American Digital Signal Level 1 (DSl), DS3 oder SONET;
Internationale Telekommunikationsunion – Telekommunikationsnormungssektor
(ITU-T) SDH-Normen, und verschiede andere lokale Fasern und Nutzdaten elektrischer Übertragungsmittel.
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Alle
Information wird in einem ATM-Netz unter Verwendung dieser Zellen
fester Länge
vermittelt und gemultiplext. Der Zellenkopfabschnitt identifiziert das
Ziel, den Zellentyp und die Priorität. Felder des Zellenkopfabschnitts
umfassen: die virtuelle Pfadkennung (Virtual Path Identifier, VPI)
und die virtuelle Schaltungskennung (VCI), die nur lokale Signifikanz besitzt
und das Ziel identifiziert. Das allgemeine Flusssteuerungsfeld (Generic
Flow Control, GFC) erlaubt es einem Multiplexer, die Rate eines
ATM-Endgeräts
zu steuern. Der Nutzdatentyp (Payload Type, PT) zeigt an, ob die
Zelle Benutzerdaten, Signalisierungsdaten oder Wartungsinformation
enthält.
Das Zellenverlustprioritätsbit
(Cell Loss Priority, CLP) zeigt die relative Priorität der Zelle
an. In Überlastintervallen
können
Zellen niedrigerer Priorität
vor Prioritätszellen
verworfen werden.
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Durch
ihre kritische Natur umfasst die Zelle eine Kopfabschnittsfehlerprüfung (Header
Error Check, HEC), die Fehler im Kopfabschnitt erkennt und korrigiert.
Das Nutzdatenfeld wird in intakter Form ohne eine Fehlerprüfung oder
Korrektur durch das Netz geleitet. Der ATM stützt sich auf Protokolle höherer Schichten,
um eine Fehlerprüfung
und Korrektur der Nutzdaten auszuführen. Die feste Zellengröße vereinfacht
die Implementierung von ATM-Umschalteinrichtungen und Multiplexern,
während
sie sehr hohe Geschwindigkeiten liefert.
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Wenn
man den ATM verwendet, so können längere Pakete
kürzere
Pakete nicht verzögern,
wie das in anderen geschalteten Implementierungen der Fall ist,
da lange Pakete in viele Zellen aufgeteilt werden. Dies ermöglicht dem
ATM, Verkehr mit konstanter Bitrate (CBR), wie Sprache und Video,
in Verbindung mit Datenverkehr variabler Bitrate (VBR), der möglicherweise
sehr lange Pakete aufweist, im selben Netz zu befördern.
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Drei
Hauptkonzepte im ATM sind: der Übertragungspfad,
der virtuelle Pfad (VP) und optional die virtuelle Leitung (VC).
Diese bilden die Grundbausteine vom ATM. Ein physikalischer Übertragungspfad enthält einen
oder mehrere virtuelle Pfade (VPs), während jeder virtuelle Pfad
eine oder mehrere virtuelle Leitungen (VCs) enthält. Somit können mehrere virtuelle Leitungen
auf einem einzigen virtuellen Pfad zusammengefasst werden. Das Schalten
kann entweder auf der Ebene eines Übertragungspfads, eines virtuellen
Pfads oder einer virtuellen Leitung (das ist ein Kanal) erfolgen.
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Diese
Fähigkeit,
auf einen virtuellen Leitungspegel herunten zu schalten, ist ähnlich dem
Betrieb einer privaten oder öffentlichen
Nebenstellenanlage (PBX) oder einer Telefonvermittlungsstelle in den
Telefonwelt. Bei der PBX/Vermittlungsstelle kann jeder Kanal in
einem Leitungsbündel
(Pfad) geschaltet werden. Vorrichtungen, die VC-Verbindungen ausführen, werden
wegen dieser Analogie mit den Telefonvermittlungsstellen allgemein
VC-Vermittlungsstellen
genannt. Übertragungsnetze
verwenden eine Querverbindung, die im Grunde eine Raummultiplexumschalteinrichtung
oder effektiv eine elektronische Schalttafel ist. ATM-Vorrichtungen,
die VPs verbinden, werden durch die Analogie mit dem Übertragungsnetz
gemeinhin VP-Querverbindungen genannt.
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Auf
der ATM-Schicht wird Benutzern eine Wahl von entweder einer Verbindung über einen
virtuellen Pfad (VPC) oder einer Verbindung über einen virtuellen Kanal
(VCC) geboten. VPCs werden nur auf der Grundlage des Werts der virtuellen
Pfadkennung (VPI) geschaltet. Die Benutzer der VPC können die
VCCs, die sich in einem VPI befinden, transparent zuweisen, da sie
derselben Route folgen. VCCs werden über den kombinierten Wert aus
VPI und virtueller Leitungskennung (VCI) geschaltet.
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Sowohl
VPIs als auch VCIs werden verwendet, um Zellen durch das Netz zu
lenken. Es sollte beachtet werden, dass VPI- und VCI-Werte auf einem
spezifischen Übertragungspfad
(TP) eindeutig sind. Somit verwendet jeder Übertragungspfad zwischen zwei
Netzvorrichtungen (wie beispielsweise ATM-Umschalteinrichtungen) VPIs und VCIs
unabhängig.
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Somit
werden ATM-Netze ziemlich extensiv für die Datenübertragung verwendet. Es kann
jedoch ein Datennetz oben auf einem ATM-Netz aufgebaut werden, so
dass der ATM als eine Technik verwendet wird, um solche Orte zu
verbinden, um ein übergelagertes
Netz zu bilden. Fachleute werden erkennen, dass ein Datennetzszenarium
hier nur als ein Beispiel erwähnt
ist. Somit soll die vorliegende Erfindung nicht auf Datennetze begrenzt
sein.
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Wie
oben vorgeschlagen wurde, sind einige Datennetze von ihrer Natur
her verbindungslos und lassen dynamische Verkehrslenkungsprotokolle
ablaufen, um den Pfad durch das Netz zu bestimmen. Der Pfad, den
jeder Datenfluss nimmt, kann sich aus mehreren Gründen ändern, wobei
diese die Fälle
einschließen,
bei denen der vorherige Pfad nicht mehr verfügbar ist oder aus irgend einem
Grund nicht optimal geworden ist. Die Änderungen bei der Verkehrslenkung
im Datennetz werden sich im darunter liegenden ATM-Netz wiederspiegeln
und können
die Notwendigkeit für
eine Rekonfiguration der Verbindungen ergeben.
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Bei
einer ATM-Umschalteinrichtung kann sich eine Verbindungsmodifikation
auf die Modifikation der Bandbreitenressourcen, die mit der Verbindung
verknüpft
sind, beziehen. In diesem Fall kann der Endpunkt jedoch derselbe
bleiben. Nichtsdestotrotz kann sich eine Verbindungsmodifikation
auch auf eine Situation beziehen, bei dem einer der Endpunkte einer
virtuellen Kanalverbindung (VCL) im ATM, sei es ankommend oder abgehend,
in der Umschalteinrichtung geändert
wird. In diesem letzteren Fall können
die Ressourcen für
die alte und die neue Verbindung dieselben sein. In einem speziellen
Fall einer Verbindung, die in der Umschalteinrichtung beendet wird,
erfolgt die Änderung
der Verbindungstopologie intern in der Umschalteinrichtung und führt zum Ändern des
Punktes, der AAL-Rahmen handhabt, das ist ein AAL-Verbindungsbeendigungspunkt. Nachfolgend
wird der Ausdruck "Umschalten" verwendet, um Verbindungsmodifikationen anzuzeigen, bei
dem einer der virtuellen Kanalverbindungsbeendigungspunkte beim
ATM in einer Umschalteinrichtung geändert wird. Es wird angenommen,
dass die Ressourcenzuweisung ungeändert bleibt.
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ATM
ist eine skalierbare Norm, die keine Anforderungen an Übertragungsraten,
die Rahmung und physikalische Schichten stellt. Vielmehr beziehen
sich das ATM-Umschalten und die ATM-Netze nur auf das Handhaben
der Zellen. ATM diktiert nicht den Inhalt der Information, die in
den Zellen befördert wird.
Breitbandnetze müssen
Garantien hinsichtlich der Bandbreite, der Verzögerung und der Schwankung entwickeln,
um eine breite Vielzahl von ATM-Anwendungen zu unterstützen.
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Wie
früher
erwähnt
wurde, haben ATM-Zellen ein Nutzdatenfeld fester Länge von
48 Oktetten. Datenpakete, die in ATM-Zellen befördert werden, sind normalerweise
jedoch länger
als 48 Oktette und kein integrales Vielfaches der 48 Oktette. Somit
wird die ATM-Adaptionsschicht (AAL) verwendet, um solche Pakete
in Zellen zusammen zu bauen und aus Zellen wieder zusammen zu fügen.
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Wenn
jedoch aus dem einen oder anderen Grund einige Zellen im Netz verloren
gehen oder falsch gelenkt werden, wird der gesamte Rahmen, der mit
der verlorenen Zelle verknüpft
ist, wertlos sein. Um einen Paketverlust, der sich aus Verbindungsänderungen
ergibt, zu eliminieren, muss das Umschalten so erfolgen, dass die
Rahmenintegrität nicht
gebrochen wird. Dieses Problem ergibt sich bei allen Typen von Zellenvermittlungssystemen.
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Man
kann sehen, dass es ein Bedürfnis
gibt, zusätzliche
Intelligenz zu einer Zwischenumschalteinrichtung hinzu zu fügen, um
einen Paketverlust beim Umschalten zu verhindern.
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Man
kann auch sehen, dass es ein Bedürfnis gibt
für ein
Verfahren und eine Vorrichtung für
das Durchführen
des Umschaltens, die einen Paketverlust eliminieren, indem sie verhindern,
dass die Rahmenintegrität
während
des Umschaltens gebrochen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Um
die Beschränkungen
des Stands der Technik, die oben beschrieben wurden, zu überwinden,
und um andere Beschränkungen
zu überwinden,
die beim Lesen und Verstehen der vorliegenden Beschreibung deutlich
werden, offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine
Vorrichtung für
das Durchführen
eines paketsynchronisierten Umschaltens beim ATM.
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Die
vorliegende Erfindung löst
die oben beschriebenen Probleme, indem sie verhindert, dass die
Rahmenintegrität
gebrochen wird.
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Ein
System gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung empfängt
eine Umschaltanfrage, die um eine Änderung von einer ersten virtuellen
Kanalverbindung zu einer zweiten virtuellen Kanalverbindung nachsucht, überwacht
die Zustandsinformation, um das Auftreten eines Rahmenvollständigkeitszustands
zu identifizieren, und führt
das Umschalten von der ersten virtuellen Kanalverbindung zur zweiten
virtuellen Kanalverdingung durch, wenn der Rahmenvollständigkeitszustand
erkannt wird.
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Andere
Ausführungsformen
eines System gemäß den Prinzipien
der Erfindung können
alternative oder optionale zusätzliche
Aspekte einschließen. Ein
solcher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass die Zustandsinformation
ein Rahmenmittezustand ist, bis der Rahmenvollständigkeitszustand auftritt.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass das Identifizieren
eines Rahmenvollständigkeitszustands
das Erkennen einschließt, ob
eine aktuelle Zelle, die empfangen wurde, eine Rahmenendeanzeige
aufweist.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass die Umschaltanfrage
eine Eingangs-Umschaltanfrage für
das Ändern
der ersten und zweiten virtuellen Kanalverbindungen auf einer Ausgangsseite
der Umschalteinrichtung einschließt.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass das Bestimmen
eines Rahmenvollständigkeitszustands
den Vorgang des Weitergebens des Rahmens durch die erste virtuelle
Kanalverbindung einschließt,
bis der Rahmenvollständigkeitszustand
erkannt wird.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass die Umschaltanfrage
eine Ausgangs-Umschaltanfrage für
das Ändern
der ersten und zweiten virtuellen Kanalverbindungen an der Eingangsseite
der Umschalteinrichtung einschließt.
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Ein
nochmals anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass
Zellen auf den ersten und zweiten virtuellen Kanalverbindungen an
der Eingangsseite des Schalters empfangen werden.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass alle Zellen,
die von der zweiten virtuellen Kanalverbindung kommen, verworfen
werden, bis ein Rahmenvollständigkeitszustand
auf der ersten virtuellen Kanalverbindung erkannt wird.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass alle Zellen
auf der ersten virtuellen Kanalverbindung verworfen werden, nachdem
der Rahmenvollständigkeitszustand
auf der ersten virtuellen Kanalverbindung erkannt wird.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass die Zellen,
die auf den ersten und zweiten virtuellen Kanalverbindungen empfangen wurden,
eine getrennte Verbindungsidentifikation umfassen.
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Ein
nochmals anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass
die Verbindungsidentifikation eine virtuelle Pfadkennung und eine
virtuelle Kanalkennung einschließt.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass die Verbindungsidentifikation
weiter ein Verkehrlenkungsetikett einschließt.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass die Überwachung
auf der Eingangsseite der Umschalteinrichtung ausgeführt wird.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der, dass die Zustandsinformation
der zweiten virtuellen Kanalverbindung aufgestellt wird.
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Diese
und verschiedene andere Vorteile und Merkmale der Neuigkeit, die
die Erfindung charakterisieren, werden insbesondere in den Ansprüchen, die
hier angefügt
sind und einen Teil der Erfindung bilden, ausgeführt. Für ein besseres Verständnis der Erfindung,
ihrer Vorteile und den Punkten, die durch ihre Verwendung erhalten
werden, sollte auf die Zeichnungen Bezug genommen werden, die einen weiteren
Teil von ihr bilden, und auf die begleitende Beschreibung, in welcher
spezifische Beispiele einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt
und beschrieben sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen, in welchen gleiche
Bezugszahlen durchgängig
entsprechende Teile bezeichnen.
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1 zeigt
das Sieben-Schichten-Offen-System-Verbindungsmodell (OSI-Modell);
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2 zeigt
vier Breitband-Dienstintegrierendes-Netz/Asynchroner-Übertragungsmodus-(B-ISDN/ATM)-Schichten
zusammen mit der darunter liegenden Schichtstruktur der ATM-Adaptionsschicht
(AAL) und der physikalischen Schicht (PHY);
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3 zeigt
die Abbildung von B-ISDN-Schichten auf die OSI-Schichten und die Unterschichten PHY,
ATM und ATM-Adaptionsschicht;
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4 zeigt
die Konstruktion einer CPCS-PDU, die später in eine Serie von ATM-Zellen mit
48 Oktetten segmentiert wird;
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5 zeigt
einen AAL-5-Rahmen, der in ATM-Zellen aufgeteilt wurde;
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6 zeigt
das Format einer ATM-Zelle;
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7 zeigt
eine Eingangs-Umschaltung;
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8 zeigt
eine Ausgangs-Umschaltung;
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9 zeigt
die Punkte des Umschaltens gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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10 zeigt
ein Flussdiagramm des Umschaltverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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11 zeigt
ein Blockdiagramm einer ATM-Umschalteinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In
der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform
wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen
Teil von ihr bilden, und in denen illustrativ die spezifische Ausführungsform
gezeigt ist, in welcher die Erfindung praktisch ausgeführt werden
kann. Es sollte verständlich sein,
dass andere Ausführungsformen
verwendet werden können,
da strukturelle Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren und eine Vorrichtung
für das
Ausführen
einer Umschaltung in einer Zwischeneinheit, die einen Paketverlust
eliminieren, indem verhindert wird, dass eine Rahmenintegrität gebrochen
wird. Die vorliegende Erfindung empfängt Umschaltanfragen, die um
einen Wechsel von einer ersten virtuellen Kanalverbindung zu einer
zweiten virtuellen Kanalverbindung nachsuchen. Nach dem Empfang
einer Umschaltanfrage wird Zustandsinformation für das Identifizieren des Auftretens
eines Rahmenvollständigkeitszustands überwacht.
Das Umschalten von der ersten virtuellen Kanalverbindung zur zweiten
virtuellen Kanalverbindung wird ausgeführt, wenn der Rahmenvollständigkeitszustand
auftritt. In einer speziellen Ausführungsform wird der Rahmenvollständigkeitszustand
durch das Bestimmen, ob eine aktuell empfangene Zelle eine gesetzte
AUU aufweist, erkannt. Die Erfindung eliminiert einen Paketverlust
durch das Aufrechthalten der Schichtenrahmenintegrität für sowohl
Eingangs- als auch Ausgangs-Umschaltanfragen.
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Wie
Fachleute erkennen werden, können Kommunikationsnetze
(beispielsweise ATM) und ihr Funktionieren gemäß dem Modell der offenen Systemverbindung
(OSI-Modell) 100 beschrieben werden, das sieben Schichten
einschließt,
die eine Anwendungsschicht 102, eine Präsentationsschicht 104,
eine Sitzungsschicht 106, eine Transportschicht 108,
eine Netzschicht 110, eine Verbindungsschicht 112 und
eine physikalische Schicht 114 umfassen, wie das in 1 gezeigt
ist. Das OSI-Modell 100 wurde von der Internationalen Normungsorganisation
(ISO) entwickelt und ist beschrieben in "The Basics Book of OSI and Network Management" von Motorola Codex,
der Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1993 (erste Auflage,
September 1992).
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Jede
Schicht des OSI-Modells 100 führt eine spezifische Datenkommunikationsaufgabe,
einen Dienst zu und für
die Schicht, die ihr vorhergeht aus (beispielsweise liefert die
Netzschicht einen Dienst für
die Transportschicht). Das Verfahren kann mit dem Platzieren eines
Briefes in einer Reihe von Umschlägen, bevor er durch das Postsystem
gesandt wird, verglichen werden. Jeder folgende Umschlag fügt eine
andere Schicht der Verarbeitung oder Zusatzinformation, die notwendig
ist, um die Transaktion auszuführen,
hinzu. Zusammen helfen alle Umschläge, dass der Brief an die richtige
Adresse geht und dass die empfangene Nachricht identisch zur versendeten
Nachricht ist. Wenn das gesamte Paket an seinem Ziel empfangen wird,
werden die Umschläge
nacheinander geöffnet,
bis der Brief selbst hervortritt, exakt so wie er geschrieben wurde.
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Bei
einer Datenkommunikationstransaktion kennt jeder Endnutzer die Umschläge, die
ihre Funktionen transparent ausführen,
nicht. Jedes Mal, wenn die Nutzeranwendungsdaten nach unten von
einer Schicht zur nächsten
Schicht im selben System laufen, wird mehr Verarbeitungsinformation
hinzu gefügt.
Wenn diese Information entfernt wird und von der Partnerschicht
im anderen System verarbeitet wird, verursacht sie, dass verschiedene
Aufgaben (Fehlerkorrektur, Datenflusssteuerung, etc.) ausgeführt werden.
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Die
ISO hat speziell alle sieben Schichten definiert, die unten in der
Reihenfolge, in welcher die Daten tatsächlich fließen, wenn sie die Quelle verlassen,
kurz zusammengefasst sind:
- Schicht 7, die Anwendungsschicht 102,
liefert für
eine Nutzeranwendung (wie das Erhalten von Geld von einem Geldautomaten)
eine Schnittstelle mit der OSI- Anwendungsschicht 102.
Die OSI-Anwendungsschicht 102 weist eine entsprechende
Partnerschicht im anderen offenen System, dem Hostcomputer der Bank,
auf.
- Schicht 6, die Präsentationsschicht 104,
sorgt dafür, dass
die Benutzerinformation (eine Anfrage nach $50 in Bar, die von ihren
Girokonto abgebucht werden sollen) in einem Format (das ist die
Syntax oder Sequenz von Einern und Nullen) ist, das das offene Zielsystem
verstehen kann.
- Schicht 5, die Sitzungsschicht 106, liefert eine Synchronisationssteuerung
von Daten zwischen den offenen Systemen (das heißt, sie sorgt dafür, dass
die Bitkonfigurationen, die durch die Schicht 5 106 an
der Quelle hindurch laufen, dieselben sind wie die, die durch die
Schicht 5 106 am Ziel hindurch laufen).
- Schicht 4, die Transportschicht 108, gewährleistet, dass
eine Ende-zu-Ende-Verbindung zwischen den zwei offenen Systemen
aufgebaut wurde und zuverlässig
ist (das heißt,
die Schicht 4 108 am Ziel bestätigt die Anforderung nach einer
Verbindung, um es so zu sagen, dass sie sie von der Schicht 4 108 an
der Quelle empfangen hat).
- Schicht 3, die Netzschicht 110, liefert die Verkehrslenkung
und das Vermitteln der Daten durch das Netz (unter anderem wird
in der Schicht 3 110 auf der nach außen gehenden Seite eine Adresse
auf den Umschlag geheftet, die dann von der Schicht 3, 110 am Ziel
gelesen wird).
- Schicht 2, die Datenverbindungsschicht 112, umfasst eine
Flussteuerung der Daten, wenn die Nachrichten durch diese Schicht
in einem offenen System nach unten hindurchgehen und wenn sie durch
die Partnerschicht im anderen offenen System nach oben hindurch
gehen.
- Schicht 1, die physikalische Schnittstellenschicht 114,
umfasst die Wege, mittels derer die Datenkommunikationsausrüstung mechanisch
und elektrisch verbunden ist, und die Mittel, durch die die Daten
sich über
solche physikalischen Verbindungen von der Schicht 1 114 an
der Quelle zur Schicht 1 114 am Ziel bewegen.
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Diese
selben Schichtenprinzipien wurden auf Zellenvermittlungskommunikationsnetze
angewandt, von denen ATM ein Beispiel ist. 2 zeigt vier
Breitband-Dienstintegrierendes-Netz/Asynchron-Transfermodus-(B-ISDN/ATM)-Schichten 210 zusammen
mit der darunter liegenden Schichtstruktur der ATM-Adaptionsschicht
(AAL) 240 und der physikalischen Schicht (PHY) 260.
Wenn man von unten startet, so hat die physikalische Schicht 260 zwei
Unterschichten: Übertragungskonvergenz
(TC) 262 und das physikalische Medium (PM) 264.
Die PM-Unterschicht 264 bildet eine Schnittstelle mit dem
tatsächlichen
physikalischen Medium und gibt den wiedergewonnenen Bitstrom an
die TC-Unterschicht. Die TC-Unterschicht 262 extrahiert
ATM-Zellen und schiebt ATM-Zellen in den plesiochronen oder synchronen
(PDH oder SDH) Zeitmultiplex-(TDM)-Rahmen und gibt diese an die ATM-Schicht
beziehungsweise holt sie von dort.
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Die
ATM-Schicht 210 führt
ein Multiplexen, ein Umschalten und Steueraktionen auf der Basis von
Information im ATM-Zellenkopfabschnnitt
aus, und gibt Zellen an die ATM-Adaptionsschicht
(AAL) 240 und akzeptiert Zellen von dort. Die AAL 240 weist zwei
Unterschichten auf: die Segmentations- und Wiederzusammenfügungs-(SAR)-Unterschicht 242 und
die Konvergenzunterschicht (CS) 250. Die CS 250 wird
weiter in einen allgemeinen Teil (CP) 252 und dienstspezifische
Komponenten (SS) 254 unterteilt. Die AAL 240 gibt
Protokolldateneinheiten (PDUs) an höhere Schichten 270 und
akzeptiert sie von dort. PDUs können
eine variable Länge
aufweisen, oder sie können
eine feste Länge
besitzen, die sich von der Länge
der ATM-Zellen unterscheidet.
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Die
physikalische Schicht 260 entspricht der Schicht 1 114 im
in 1 dargestellten OSI-Modell. Die ATM-Schicht 210 und die
AAL 240 entsprechen Teilen der OSI-Schicht 2 112,
aber das Adressfeld des ATM-Zellenkopfabschnitts hat eine netzweite Konnotation,
was wie bei der OSI-Schicht 3 110 ist. Die B-ISDN- und
ATM-Protokolle und Schnittstellen machen extensiven Gebrauch der
OSI-Konzepte der Schichtung und der Unterschicht.
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3 zeigt
das Abbilden 300 der B-ISDN-Schichten auf die OSI-Schichten
und die Unterschichten der PHY-, ATM- und ATM-Adaptionsschichten. 3 zeigt,
dass die AAL-Schicht 302 und die ATM-Schicht 304 nicht
exakt mit der Datenverbindungsschicht 306 des OSI-Modells
zusammenpassen. Weiterhin zeigt 3, dass
die Funktionen der physikalischen Schicht 310 des OSI-Modells
nicht präzise
auf die physikalische Schicht 312 des B-ISDN-Modells abbildet.
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Das
Folgende beschreibt die Schicht 304 des asynchronen Übertragungsmodus
(ATM). Um im ATM virtuelle Pfade (VPs) und virtuelle Leitungen (VCs)
zu konstruieren und zu interpretieren, umfasst die ATM-Schicht eine
virtuelle Pfadunterschicht 320 und eine virtuelle Leitungsunterschicht 322.
Die physikalische Schicht 312 ist aus drei Ebenen aufgebaut: Regeneratorabschnitt 330,
digitaler Abschnitt 332 und Übertragungspfad 334.
In der ATM-Schicht 304 ist der Übertragungspfad das Hauptgebiet
der Aufmerksamkeit, da dieser bei den TDM-Nutzdaten, die ATM-Vorrichtungen
verbinden, wesentlich ist. Im allgemeinen kann eine ATM-Vorrichtung entweder
ein Endpunkt oder ein Verbindungspunkt für einen VP oder eine VC sein.
Eine virtuelle Pfadverbindung (VPC) oder eine virtuelle Leitungsverbindung
(VCC) existiert nur zwischen Endpunkten. Eine VP-Verbindung oder
eine VC-Verbindung
kann zwischen einem Endpunkt und einem Verbindungspunkt oder zwischen
Verbindungspunkten existieren. Eine VPC oder VCC ist eine geordnete
Liste von VP- oder VC-Verbindungen,
die einen unidirektionales Fluss von ATM-Zellen von einem Benutzer
zu einem oder mehreren anderen Benutzern definiert.
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Mehrere
Schlüsselfunktionen
werden von jeder Unterschicht der ATM-Schicht 304 ausgeführt. Die
ATM-Schicht 304 liefert viele Funktionen, einschließlich:
- – Zellenkonstruktion
- – Zellenwiedergabe
und Validierung des Kopfabschnitts
- – Zellenvermittlung,
Weitergabe und Kopieren unter Verwendung der VPI/VCI
- – Zellenmultiplexen
und Demultiplexen unter Verwendung der VPI/VCI
- – Unterscheidung
des Typs der Nutzdaten der Zelle
- – Interpretation
vordefinierter reservierter Kopfabschnittswerte
- – Zellenverlustprioritätsverarbeitung
- – Unterstützung für mehrere
QoS-Klassen
- – Nutzungsparametersteuerung
(UPC)
- – Explizite
Vorwärtsüberlastanzeige
(EFCI)
- – Allgemeine
Flusssteuerung
- – Verbindungszuweisung
und -entfernung
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Die
Attribute der Dienstklasse für
die AAL 302 sind die zeitlichen Beziehungen, die zwischen der
Quelle und dem Ziel erforderlich sind, ob die Bitrate konstant oder
variabel ist, und ob der Verbindungsmodus verbindungsorientiert
oder verbindungslos ist. Die vier AAL-Dienstklassen sind folgende:
- – Klasse
A – Dienst
mit konstanter Bitrate (CBR) mit einer Ende-zu-Ende-Zeitsteuerung,
verbindungsorientiert
- – Klasse
B – Dienst
mit variabler Bitrate (VBR) mit Ende-zu-Ende-Zeitsteuerung, verbindungsorientiert
- – Klasse
C – Dienst
mit variabler Bitrate (VBR) ohne Zeitsteuerung, verbindungsorientiert
- – Klasse
D – Dienst
mit variabler Bitrate (VBR) ohne Zeitsteuerung, verbindungslos
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Die
AAL-1 bis AAL-4 wurden anfänglich
definiert, um eine direkte Abbildung auf die AAL-Dienstklassen A
bis D zu erhalten. Die AAL-5 wurde von der Computerindustrie entwickelt
als Reaktion wahrgenommener Komplexität und Schwierigkeiten der Implementierung
in der AAL-3/4. Während die
AAL-3/4 einen reichen Satz von Diensten liefert, tut sie das auf
Kosten zusätzliche
Protokolloverheads und Verarbeitung. Die AAL-5, die ursprünglich als
Einfache und Effiziente Anpassungsschicht (Simple and Efficient
Adaptation Layer (SEAL) bezeichnet wurde, wurde konstruiert, um ähnliche
Dienste mit einem geringeren Overhead zu liefern. Die AAL-5 zieht
Vorteil aus dem ATM-Nachrichtenendeflag (EOM-Flag), um das Ende
einer einzigen Nachricht zu signalisieren. Ein signifikanter Overhead
wird eliminiert durch das Entfernen des SAR-Kopfabschnitts und des
Anhangs.
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4 zeigt
die Konstruktion einer AAL-5 CPCS-PDU 400, die Nutzdaten 402 zwischen
1 und 65535 Oktetten befördern
kann. Die CPCS-PDU 400 umfasst auch ein Auffüllfeld 404 und
einen 8-Byte-Anhang. Das Auffüllfeld
ist von variabler Länge,
die so gewählt
wird, dass die gesamte CPCS-PDU 400 ein exaktes Vielfaches
von 48 ist, so dass sie direkt in Zellennutzdaten aufgeteilt werden kann.
Die Nutzer-zu-Nutzer-(UU)-Information 406 wird zwischen
AAL-Nutzern transparent befördert. Das
Längenfeld 408 identifiziert
die Länge
der CPCS-PDU-Nutzdaten 402, so dass das PAD 404 entfernt
werden kann. Da 16 Bits dem Längenfeld 408 zugewiesen
sind, beträgt
die maximale Länge der
Nutzdaten 216 – 1 = 65535 Oktette. Die CRC 410 erkennt
Fehler in der CPCS-PDU 400.
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5 zeigt
einen AAL-5-Rahmen, der in ATM-Zellen 500 unterteilt wurde.
Zu Beginn wird ein Datenpaket 502 an der ATM-Adaptionsschicht
empfangen, wo ein Kopfabschnitt 504 an das Datenpaket angefügt wird,
um die AAL-5-PDU 505 auszubilden. Die AAL-5 PDU 505 wird
dann in ATM-Zellen 506 mit 48 Oktetten segmentiert.
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6 zeigt
das Format 600 für
eine ATM-Zelle. Die ATM-Normen
definieren eine Zelle fester Größe mit einer
Länge von
53 Oktetten, die aus einem Kopfabschnitt 602 mit 5 Oktetten
und einem Nutzdatenteil 604 mit 48 Oktetten besteht. Die Bits
für ein
Paket werden über
den Übertragungspfad in
einem kontinuierlichen Strom übertragen.
Alle Information wird in einem ATM-Netzwerk in diesen Zellen fester
Länge vermittelt
und gemultiplext. Der Zellenkopfabschnitt 602 identifiziert
das Ziel, den Zellentyp und die Priorität. Die virtuelle Pfadkennung
(VPI) 610 und die virtuelle Leitungskennung (VCI) 612 haben
nur lokale Signifikanz und identifizieren das Ziel. Das allgemeine
Flusssteuerungsfeld (GFC-Feld) 614 ermöglicht es einem Multiplexer,
die Rate eines ATM-Endgeräts
zu steuern. Der Nutzdatentyp (PT) 620 zeigt an, ob die
Zelle Benutzerdaten, Signalisierungsdaten oder Wartungsinformation
enthält.
Die Zellenverlustpriorität
(CLP) 622 zeigt die relative Priorität der Zelle an. Zellen mit
niedrigerer Priorität
werden vor Zellen mit höherer
Priorität
während Überlastintervallen
verworfen. Schließlich
ist eine Kopfabschnittsfehlerprüfung
(HEC) 630 vorgesehen, um Fehler im Kopfabschnitt zu erkennen
und zu korrigieren.
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Die
virtuelle Leitungskennung (VCI) 612 im Zellenkopfabschnitt
identifiziert eine einzelne VC auf einem speziellen virtuellen Pfad
(VP). Das Schalten an einem VC-Verbindungspunkt
erfolgt auf der Basis der Kombination von VP und VCI 612.
Eine VC-Verbindung ist als ein unidirektionaler Fluss von ATM-Zellen
mit derselben VCI 612 zwischen einem VC-Verbindungspunkt und entweder einem
VC-Endpunkt oder einem anderen VC-Verbindungspunkt definiert. Ein
VC-Endpunkt wird auch als ein ATM-Dienstzugangspunkt (SAP) bezeichnet.
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Virtuelle
Pfade (VPs) definieren ein Gesamtbündel von VCs zwischen VP-Endpunkten.
Eine virtuelle Pfadkennung (VPI) 610 im Zellenkopfabschnitt identifiziert
ein Bündel
aus einer oder mehreren VCs. Eine VP-Verbindung liefert einen unidirektionales Transfer
von Zellen mit derselben VPI 610 zwischen VP-Endpunkten
oder Verbindungspunkten. Das Schalten am VP-Verbindungspunkt erfolgt
auf der Basis der VPI 610. Eine VP-Verbindung ist definiert als
ein VP zwischen einem VP-Verbindungspunkt und entweder einem VP-Endpunkt
oder einem anderen VP-Verbindungspunkt.
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Die
Zellenweiterleitung allgemein und ATM speziell erfordern das Bewahren
der Zellensequenzintegrität.
Dies bedeutet, dass die Zellen an Zwischenverbindungspunkte und
den Zielendpunkt in derselben Reihenfolge geliefert werden, in der
sie gesendet wurden. Der Pfad, den jeder Datenfluss nimmt, ändert sich
jedoch aus mehreren Gründen, die
die Fälle
einschließen,
bei denen der vorherige Pfad nicht mehr verfügbar ist oder bei denen der
Pfad nicht optimal geworden ist.
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Die Änderungen
in der Datennetzverkehrslenkung spiegeln sich in das darunter liegende
Netzwerk und können
eine Notwendigkeit für
das Rekonfigurieren der Verbindungen schaffen. In Abhängigkeit
vom Punkt, wo die Änderungen
in der Umschaltsteuerung eingeführt
werden, kann die Umschaltung in eine Eingangs- und eine Ausgangs-Umschaltung aufgeteilt
werden, wobei Änderungen
in der Umschalteinheit einen speziellen Fall der ersteren Kategorie
darstellen.
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7 zeigt
ein Eingangs-Umschaltverfahren 700. Das Eingangs-Umschalten 702 tritt
auf, wo die Zwischeneinheit, wie ein ATM-Umschalteinheit, die Ausgangs-VCL 704 ändert. Dieser
Typ des Umschaltens 700 herrscht vor, wenn es Verkehrslenkungsänderungen
im darüber
liegenden Netz gibt.
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8 zeigt
ein Ausgangs-Umschaltverfahren 800. Das Ausgangs-Umschalten 802 tritt
auf, wenn die Zwischeneinheit die Eingangs-VCL 804 ändert. Ein
Ausgangs-Umschalten tritt beispielsweise auf, wenn Verkehr von einem
drahtlosen Endgerät ausgeht
und eine Übergabe
stattfindet.
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9 zeigt
die Punkte des Umschaltens 900 für ein ATM-Netz gemäß der vorliegenden
Erfindung. Während
der ATM verwendet wird, um die Erfindung zu beschreiben, werden
Fachleute erkennen, dass die Erfindung ebenso auf jedes Zellenvermittlungsprotokoll
anwendbar ist, das eine Rahmenendeanzeige in der letzten Zelle des
Rahmens liefert.
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9 demonstriert,
dass die Integrität
der AAL-5 Pakete 901 durch das zeitliche Steuern des Umschaltens
so, dass das Umschalten 902 direkt nach einer Zelle 904,
die eine gesetzte Letztzellenanzeige aufweist, beispielsweise die
AUU oder das Benutzersignalisierungsbit, passiert, aufrecht gehalten werden
kann. Das geringwertigste Bit des Nutzdatentyp-(PT)-Feldes liefert die
AUU-Anzeige. ATM-Einheiten prüfen
nur den Wert des ATM-Kopfabschnitts 906 und reagieren auf
diesen Wert. Somit kann eine generelle Lösung auf den AUU-Feldern 910 basieren.
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Datenkommunikationen
verlassen sich meistens auf AAL-5, die das AUU-Feld 910 des
ATM-Kopfes 906 verwendet, um die AAL-5-PDU-Grenzen anzuzeigen, das heißt, welche
Zellen zu welchem Paket in einem VCC gehören. Wenn die AUU-Anzeige 910 im
ATM-Kopfabschnitt
gesetzt ist, dann ist die Zelle, die diese Anzeige trägt, die
letzte Zelle eines Rahmens 901.
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10 zeigt
ein Flussdiagramm 1000 des Umschaltverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung. Eine Umschaltanfrage wird empfangen 1002, die
um einen Wechsel von einer ersten virtuellen Kanalverbindung zu
einer zweiten virtuellen Kanalverbindung nachsucht. Dann wird Zustandsinformation überwacht 1004,
um das Auftreten eines Rahmenvollständigkeitszustands zu identifizieren.
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Für ein Eingangs-Umschalten
liefert die Eingangsseite der Umschalteinrichtung Zustandsinformation
auf jedem ankommenden VCL. Der Zustand der VCL ist entweder Rahmenmitte
(MOF) oder Rahmenvollständigkeit
(FC). Für
den Rahmenmittezustand (MOF-Zustand)
hat die Eingangsseite an den Ausgang eine Zelle gesendet oder sendet
diese gerade, die keine gesetzte AUU-Anzeige aufweist. Für den Rahmenvollständigkeitszustand
(FC-Zustand) weist
die letzte gesendete Zelle, oder die Zelle, die gerade zum Ausgang
gesendet wird, eine gesetzten AUU auf. Der Rahmenvollständigkeits-(FC)-Zustand ist
der Standardzustand.
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Für ein Ausgangs-Umschalten
wird der Ausgangsanschluss den "neuen" Kanal überwachen, nachdem
er über
das Umschalten informiert wurde. Beide ankommende VCLs haben eine
getrennte ATM-Schichtidentifikation, das ist VPI/VCI und möglicherweise
ein Verkehrlenkungsetikett an der nach außen gehenden Seite. Die Umschalteinrichtung wird
alle Zellen verwerfen, die von dieser Verbindung kommen, bis sie
eine Zelle mit gesetzter AUU empfängt.
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Wenn
der Rahmenvollständigkeitszustand erkannt
ist 1006, wird ein Umschalten von der ersten virtuellen
Kanalverbindung zur zweiten virtuellen Kanalverbindung ausgeführt 1008.
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Für ein Eingangs-Umschalten
wird, wenn der Rahmenmittezustand auftritt, die Umschalteinrichtung
die Umschaltanfrage bearbeiten, aber das Ausführen des Umschaltens aufschieben,
bevor sie in den Rahmenvollständigkeitszustand
eintritt. Wenn der Rahmenvollständigkeitszustand
erkannt wird, wird die Umschaltanfrage verarbeitet und sofort ausgeführt. Es
wird angenommen, dass das Umschalten standardmäßig zellensynchron ist.
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Für ein Ausgangs-Umschalten
wird die ATM-Umschalteinrichtung alle Zellen, die von der "neuen" Verbindung kommen,
aussenden und alle Zellen, die auf dem "alten" Kanal empfangen werden, verwerfen.
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11 zeigt
ein Blockdiagramm 1100 für einen ATM-Schalter gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der ATM-Schalter umfasst eine Leitungsschnittstellenvorrichtung 1102,
die eine Vielzahl von Eingangs- und Ausgangsanschlüssen aufweist,
die mit einer Vielzahl von virtuellen Eingangskanalverbindungen 1104 und
virtuellen Ausgangskanalverbindungen 1106 verbunden ist.
Eine Umschaltstruktur 1110 ist betriebsfähig mit
der Leitungsschnittstellenvorrichtung 1102 gekoppelt, für das Lenken
von ankommenden Zellen, die von ankommenden virtuellen Kanalverbindungen 1104 empfangen
werden, zu nach außen
gehenden virtuellen Kanalverbindungen 1106. Eine ATM- Umschaltsteuerung 1120 empfängt die
Umschaltanfrage, die um einen Wechsel von einer ersten virtuellen
Kanalverbindung zu einer zweiten virtuellen Kanalverbindung nachsucht.
Die Leitungsschnittstellenvorrichtung 1102 umfasst eine
Zustandsmaschine 1130 für
das Überwachen
von Zustandsinformation, um das Auftreten eines Rahmenvollständigkeitszustands
zu identifizieren. Fachleute werden erkennen, dass die Zustandsinformation
des Rahmens unter Verwendung anderer Verfahren als einer Zustandsmaschine
bestimmt werden kann. Die Steuerung 1120 initiiert eine
Umschaltung von der ersten virtuellen Kanalverbindung zur zweiten
virtuellen Kanalverbindung, wenn die Steuerung 1120 fordert,
dass eine zweite virtuelle Kanalverbindung aufgebaut ist. Das Umschalten
wird ausgeführt,
wenn die Rahmenvollständigkeit
(FC) identifiziert wurde.
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Die
vorangehende Beschreibung der beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wurde für die
Zwecke der Darstellung und der Beschreibung präsentiert. Sie soll nicht erschöpfend sein
oder die Erfindung auf die präzise
beschriebene Form begrenzen. Viele Modifikationen und Variationen
sind im Licht der obigen Lehre möglich.
Der Umfang der Erfindung soll nicht durch diese detaillierte Beschreibung
begrenzt sein sondern durch die angefügten Ansprüche.