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DE60033780T2 - Ablaufplanung mit verschiedenen zeit-intervallen - Google Patents

Ablaufplanung mit verschiedenen zeit-intervallen Download PDF

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DE60033780T2
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Yoram Riverdale OFEK
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Synchrodyne Networks Inc
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Senden von Daten in einem Kommunikationsnetz. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf das rechtzeitige Weiterleiten und Liefern von Daten über das Netz und zu ihren Zielknoten, wobei die Zielknoten mit Punkt-zu-Punkt-Übertragungsstrecken oder über ein gemeinsam genutztes Medium mit Vielfachzugriff verbunden sind. Folglich haben die Parameter der Ende-zu-Ende-Leistung wie etwa Verlust, Verzögerung und Jitter deterministische oder wahrscheinlichkeitstheoretische Garantien.
  • Die starke Zunahme der Anzahl schneller Kommunikationsverbindungen, schneller Prozessoren und erschwinglicher, multimediabereiter Personal Computer führt zur Notwendigkeit von Weitverkehrsnetzen, die Echtzeitdaten wie Telephonie und Video übermitteln können. Allerdings stellen die Ende-zu-Ende-Transportanforderungen von Echtzeit-Multimediaanwendungen eine große Herausforderung, die durch die gegenwärtigen Netztechnologien nicht zufriedenstellend gelöst werden kann. Solche Anwendungen wie Video-Telekonferenzen sowie die Audio- und Video-Gruppen-Mehrpunktverbindung (Audio- und Video-Viele-zu-viele-Mehrpunktverbindung) erzeugen Daten in einem weiten Bereich von Bitraten und erfordern eine vorhersagbare, stabile Leistung und strenge Grenzen an die Verlustraten, an die Ende-zu-Ende-Verzögerungsbegrenzungen und -Verzögerungsänderungen ("Jitter"). Diese Eigenschaften und Leistungsanforderungen sind unverträglich mit den Diensten, die die gegenwärtigen Leitungs- und Paketvermittlungsnetze bieten können.
  • Leitungsvermittlungsnetze, die immer noch der Hauptträger für Echtzeitverkehr sind, sind für den Telephoniedienst ausgelegt und nicht leicht so zu verbessern, dass sie Mehrfachdienste unterstützen oder Multimediaverkehr übermitteln. Ihre synchrone Byte-Vermittlung ermöglicht, dass Leitungsvermittlungsnetze Datenströme mit wenig Verzögerung oder Jitter mit konstanten Raten transportieren. Da Leitungsvermittlungsdienste die Betriebsmittel ausschließlich für individuelle Verbindungen zuweisen, leiden sie aber unter diskontinuierlichem Verkehr an einer niedrigen Nutzung. Darüber hinaus ist es schwierig, Leitungen mit stark verschiedenen Kapazitäten dynamisch zuzuweisen, was die Unterstützung von Multimediaverkehr zu einer Herausforderung macht. Schließlich erfordert die synchrone Bytevermittlung des SONET, das die synchrone digitale Hierarchie (SDH) verkörpert, eine zunehmend genauere Taktsynchronisation, während die Leitungsgeschwindigkeit zunimmt [John C. Bellamy, "Digital Network Synchronization", IEEE Communications Magazine, April 1995, Seiten 70-83].
  • Paketvermittlungsnetze wie das IP-gestützte (Internetprotokoll-gestützte) Internet und IP-gestützte Intranets (siehe z. B. A. Tannebaum, Computer Networks (3. Auflage), Prentice Hall, 1996] und das ATM (asynchroner Übertragungsmodus) [siehe z. B. Handel u. a., ATM Networks: Concepts, Protocols, and Applications (2. Auflage) Addison-Wesley, 1994] behandeln diskontinuierliche Daten wegen ihrer statistischen Multiplexierung der Paketströme effizienter als die Leitungsvermittlung. Allerdings arbeiten die gegenwärtigen Paketvermittlungen und -router asynchron und stellen nur einen Dienst des besten Bemühens bereit, in dem eine Ende-zu-Ende-Verzögerung und ein Ende-zu-Ende-Jitter weder garantiert noch beschränkt werden können. Darüber hinaus führen statistische Änderungen der Verkehrsstärke häufig zur Stauung, die zu übermäßigen Verzögerungen und zum Verlust von Pakten führt und dadurch die Wiedergabetreue von Echtzeitströmen an ihren Empfangspunkten wesentlich verringert.
  • Die Bemühungen, sowohl für IP als auch für ATM fortgeschrittene Dienste zu definieren, werden auf zwei Ebenen durchgeführt: (1) Definition des Dienstes und (2) Spezifikation von Verfahren für die Bereitstellung verschiedener Dienste für verschiedene Paketströme. Die Erstere definiert Schnittstellen, Datenformate und Leistungsziele. Die Letztere definiert Prozeduren für die Verarbeitung von Paketen durch Hosts und Switches/Router. Die für ATM definierten Diensttypen enthalten konstante Bitrate (CBR), variable Bitrate (VBR) und verfügbare Bitrate (ABR).
  • Das Echtzeittransportprotokoll (RTP) [H. Schultzrinne u. a., "RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications", IETF Request for Comment RFC1889, Januar 1996] ist ein Verfahren für die Kapselung zeitabhängiger Datenpakete und für das Anbringen zeitbezogener Informationen wie Zeitstempel und einer Paketfolgenummer an den Daten.
  • Ein Zugang zu einem optischen Netz, der die Synchronisation verwendet, wurde in dem synchronen optischen Hypergraph eingeführt [Y. Ofek, "The Topology, Algorithms And Analysis Of A Synchronous Optical Hypergraph Architecture", Ph. D. Dissertation, Electrical Engineering Department, University of Illinois at Urbana, Report No. UIUCDCS-R-87-1343, Mai 1987], der sich auch darauf bezieht, wie die Pakettelephonie unter Verwendung der Synchronisation [Y. Ofek, "Integration Of Voice Communication On A Synchronous Optical Hypergraph", IEEE INFOCOM'88, 1988] zu integrieren ist. In dem synchronen optischen Hypergraph wird die Weiterleitung über Hyperkanten, d. h. passive optische Sterne, ausgeführt. In [Li u. a. "Pseudo-Isochronous Cell Switching In ATM Networks", IEEE INFOCOM'94, Seiten 428-437, 1994; Li u. a., "Time-Driven Priority: Flow Control For Real-Time Heterogeneous Internetworking", IEEE INFOCOM'96, 1996] wurde die Idee des synchronen optischen Hypergraphen auf Netze mit einer beliebigen Topologie und mit Punkt-zu-Punkt-Übertragungsstrecken angewendet. Die zwei Abhandlungen [Li u. a. "Pseudo-Isochronous Cell Switching In ATM Networks", IEEE INFOCOM'94, Seiten 428-437, 1994; Li u. a., "Time-Driven Priority: Flow Control For Real-Time Heterogeneous Internetworking", IEEE INFOCOM'96, 1996] geben eine abstrakte Beschreibung (auf hoher Ebene) von etwas, das "RISC-artige Weiterleitung" genannt wird, in dem ein Paket mit wenig, wenn überhaupt, Einzelheit auf ähnliche Weise wie bei der Ausführung von Anweisungen in einer Maschine eines Computers mit eingeschränktem Befehlsvorrat (RISC-Maschine) in jedem Zeitrahmen um einen Sprung weitergeleitet wird.
  • Außerdem bezieht sich diese Erfindung allgemein auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Senden von Daten in einem Kommunikationsnetz. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf das rechtzeitige Weiterleiten und Liefern von Datenpaketen über das Netz an Internet-Telephonie-Gateways (VolP-Gateways) (siehe z. B. [M. Hamdi, O. Verscheure, J-P Hubaux, I. Dalgic und P. Wang, Voice Service Interworking and IP Networks, IEEE Communications Magazine, Mai 1999, S. 104-111]). Folglich haben die Ende-zu-Ende-Leistungsparameter wie etwa Verlust, Verzögerung und Jitter zwischen zwei beliebigen VolP-Gateways deterministische Garantien.
  • Siehe auch Y. OFEK, "The Integrated MetaNet Architecture: A Switch-based Multimedia LAN for Parallel Computing and Real-time Traffic", IBM.
  • Im US-Pat. Nr. 5.418.779 offenbaren Yemini u. a. eine Vermittlungsnetzarchitektur mit gemeinsamer Zeitreferenz. Die Zeitreferenz wird verwendet, um die Zeit zu bestimmen, in der eine Vielzahl von Knoten über einen vordefinierten Leitweglenkungsbaum gleichzeitig zu einem Ziel senden können. Die Vielzahl der Knoten senden zu jeder Zeitinstanz an einen anderen einzelnen Zielknoten.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG:
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein System offenbart, das virtuelle Pipes schafft, die Echtzeitverkehr über Paketvermittlungsnetze mit stark verschiedenen Übertragungsstreckengeschwindigkeiten übermitteln, während sie die Ende-zu-Ende-Leistung garantieren. Das System kombiniert die Vorteile sowohl der Leitungs- als auch der Paketvermittlung. Es sichert die Zuweisung für die ausschließliche Verwendung vordefinierter Verbindungen und garantiert für jene Verbindungen einen verlustfreien Transport mit wenig Verzögerung und Jitter. Wenn vordefinierte Verbindungen ihre zugeordneten Betriebsmittel nicht verwenden, können sie andere, nicht reservierte Datenpakete verwenden, ohne die Leistung der vordefinierten Verbindungen zu beeinflussen.
  • Gemäß dem oben erwähnten Stand der Technik arbeiten die Verfahren zur Bereitstellung von Paketvermittlungsdiensten, Vermittlungen und Routern asynchron. Die vorliegende Erfindung schafft Echtzeitdienste durch synchrone Verfahren, die eine Zeitreferenz nutzen, die für die Vermittlungen und Endstationen, die ein Weitverkehrsnetz bilden, gemeinsam ist. Die gemeinsame Zeitreferenz kann durch Nutzung der UTC (koordinierten Weltzeit) realisiert werden, die global z. B. über das GPS (globales Positionsbestimmungssystem – siehe z. B. [Peter H. Dana, "Global Positioning System (GPS) Time Dissemination for Real-Time Applications", Real-Time Systems, 12, S. 9-40, 1997]) global verfügbar ist. Die UTC ist gemäß internationaler Übereinkunft überall auf der Welt gleich. UTC ist der wissenschaftliche Name für das, was üblicherweise GMT (Greenwich Mean Time) genannt wird, die Zeit auf der 0-Linie (Ursprungslinie) der Länge in Greenwich, England. 1967 setzte eine internationale Übereinkunft die Länge einer Sekunde als die Dauer von 9.192.631.770 Schwingungen des Cäsiumatoms fest. Die Annahme der Atomsekunde führte zur Koordination der Uhren auf der ganzen Welt und 1972 zur Festsetzung der UTC. Für die Koordinierung der UTC mit dem Internationalen Büro für Gewichte und Maße (BIPM) in Paris ist die Zeit- und Frequenzabteilung des National Institute of Standards and Technologies (NIST) (siehe http://www.boulder.nist.gov/timefreq) verantwortlich.
  • Für individuelle PCs ist die UTC-Zeitgebung über GPS-Karten leicht verfügbar. Zum Beispiel bietet die PCI-SG der TrueTime, Inc., (Santa Rosa, Kalifornien) für Computer, die PCI-Erweiterungssteckplätze haben, eine genaue Zeit mit der Latenzzeit null. Eine weitere Art und Weise, durch die die UTC über ein Netz bereitgestellt werden kann, ist unter Verwendung des Network Time Protocol (NTP) [D. Mills, "Network Time Protocol" (Version 3) IETF RFC 1305]. Allerdings reicht die Taktgenauigkeit des NTP für die Koordination zwischen Vermittlungen, auf der diese Erfindung beruht, nicht aus.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hängen die Synchronisationsanforderungen von der Übertragungsgeschwindigkeit der physischen Verbindung ab, während die Synchronisation in der Leitungsvermittlung immer schwieriger wird, während die Übertragungsstreckengeschwindigkeit zunimmt.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden für die Leitweglenkung keine Zeitgebungsinformationen verwendet, sodass die Leitweglenkung z. B. im Internet unter Verwendung von IP-Adressen oder eines IP-Identifizierungskennzeichens/Etiketts erfolgt.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden Zeitgebungsinformationen unter Verwendung eines gemeinsamen Zeitreferenzsignals (CTR-Signals) bereitgestellt, wobei eine solche Quelle das oben erwähnte GPS ist. Die CTR wird für die rechtzeitige Weiterleitung über Übertragungsstrecken mit mehreren Zeitrahmendauern: TF1, TF2 usw. verwendet. Die Nutzung verschiedener Zeitrahmendauern ist in heterogenen Netzen mit stark veränderlichen Verbindungsgeschwindigkeiten, wie sie in der folgenden Tabelle gezeigt sind, nützlich. Das heißt, die Anzahl der Bytes, die während eines Zeitrahmens, z. B. von 500/125/12,5 Mikrosekunden, gesendet werden können, ändert sich gemäß der Übertragungsstreckenkapazität.
  • Figure 00050001
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird auf die synchronen virtuellen Pipes (SVPs) durch Endstationen zugegriffen, die über ein Netz gemeinsam genutzter Medien angeordnet sind. Das Netz gemeinsam genutzter Medien kann von verschiedenen Typen sein:
    IEEE P1394 und Ethernet für Desktop-Computer und Zimmerbereichsnetze, Kabelmodemkopfstelle (z. B. DOCSIS, IEEE 802.14), drahtlose Basisstation (z. B. IEEE 802.11) und Speicherbereichsnetz (SAN) (z. B. FC-AL, SSA). Die Endstation kann von entsprechenden verschiedenen Typen sein: für IEEE 1394: Videokameras, VCR und Videoplatte; für Kabelmodem: Set-Top-Box mit mehreren Ethernet-Verbindungen zu Videokameras, VCRs; für drahtlose Einrichtungen: Desktop-Computer und Mobileinheiten; und für das SAN: Plattenlaufwerke, Bandlaufwerke, RAM-Platten, elektronische Platten und andere Speichervorrichtungen. Genauer:
    IEEE P1394 [P1394 Standard for a High Performance Serial Bus, IEEE P1394 Draft 8.0v4, 21. November 1995] – diese Norm beschreibt einen schnellen preiswerten seriellen Bus, der für die Verwendung als ein Peripheriebus oder als eine Sicherung zu parallelen Rückwandplatinenbussen geeignet ist.
  • DOCSIS [Data-Over-Cable Service Interface Specifications Radio Frequency Interface Specification, SP-RFI-104-980724]. Das Ziel dieser Spezifikation ist es zu ermöglichen, dass Kabelbetreiber schnelle Datenkommunikationssysteme in Kabelfernsehsystemen einsetzen. Sie schafft auf einer einheitlichen, gleichbleibenden, offenen, herstellerunabhängigen, interoperablen Mehr-Anbieter-Grundlage die Definition, den Entwurf, die Entwicklung und den Einsatz von Datenüber-Kabel-Systemen. Der beabsichtigte Dienst ermöglicht über ein reines Koaxialnetz oder über ein Glasfaser/Koaxial-Hybridkabelnetz (HFC-Kabelnetz) die transparente doppeltgerichtete Übertragung von Internetprotokollverkehr (IP-Verkehr) zwischen Kopfstellen- und Kundenorten des Kabelsystems.
  • IEEE 802.14 [IEEE 802.14/a Draft 3 Revision 2 for Cable-TV access method and physical layer specification, 1. August 1998], diese Norm soll eine vollständige Unterstützung des asynchronen Übertragungsmodus (ATM) schaffen. Diese Unterstützung umfasst die Unterstützung des Folgenden: (1) des ATM-Schichtdienstes, wie er in der ITU-T-Empfehlung 1.150 definiert ist, (2) des Transports der ATM-Zellen über die HFC-MAC, (3) der fünf in der Verkehrsmanagementspezifikation des ATM-Forums definierten ATM-Dienstkategorien zusammen mit ihren zugeordneten Dienstqualitäts- und Verkehrsvertragsparametern, (4) von virtuellen Punkt-zu-Punkt- und einfachgerichteten Punkt-zu-Mehrpunkt-ATM-Verbindungsübertragungsstrecken, (5) von ATM-Übertragungsstrecken mit virtuellen Wegen (VP) und virtuellen Kanälen (VC), die mit anderen VP- und/oder VC-Übertragungsstrecken verkettet sind, um VP-Verbindungen oder VC-Verbindungen zu bilden, (6) von dauerhaften virtuellen Verbindungen (PVCs) und von vermittelten virtuellen Verbindungen (SVCs) einschließlich der Unterstützung für die Signalisierungsspezifikation 4.0 des ATM-Forums und für den Aufbau und für die Freigabe von SVCs und der integrierten Schichtmanagement-Schnittstelle (früher Interimsschichtmanagement-Schnittstelle).
  • IEEE 802.11 [Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications, IEEE Std 802.11-1997] – in dieser Norm, die Teil einer Reihe von Normen für lokale Netze und innerstädtische Netze ist, sind die Medienzugangskontrolle (MAC) und physikalische Charakteristiken für drahtlose lokale Netze (LANs) spezifiziert. Die Medienzugangskontrolleinheit ist in dieser Norm so konstruiert, dass sie Einheiten der Bitübertragungsschicht unterstützt, da sie nach Verfügbarkeit des Spektrums angenommen werden können. Diese Norm enthält drei Einheiten der Bitübertragungsschicht: zwei Funkeinheiten, die beide im 2400-2500-MHz-Band arbeiten, und eine Basisband-Infraroteinheit. Eine Funkeinheit nutzt die Frequenzsprung-Spreizspektrum-Technik und die andere die Direktfolge-Spreizspektrum-Technik.
  • Es gibt mehrere Varianten des Speicherbereichsnetzes (SAN), z. B.: (1) die ANSI-Norm X3T11, FC-AL – vermittelte Faserkanalschleife [siehe z. B. Robert W. Kembel, Arbitrated Loop, Connectivity Solutions, 1997] und (2) die ANSI-Norm X3T10, SSA – serielle Speicherarchitektur [siehe z. B. Serial Storage Architecture A Technology Overview, Version 3.0, SSA Industry Association 1995]. Das SAN stellt eine Konnektivität für eine breite Vielfalt von Speichervorrichtungen wie etwa Plattenlaufwerke, Bandlaufwerke, RAM-Platten, elektronische Platten und andere Speichervorrichtungen bereit. Das für die SSA zugrundeliegende Netz ist ein Ringnetz mit gleichzeitigem Zugriff und räumlicher Bandbreitenwiederverwendung [Y. Ofek, Overview of fhe MetaRing Architecture, Computer Networks and ISDN Systems, Bd. 26, Nr. 6-8, März 1994, S. 817-830], sodass eine Mehrzahl von Endstationen gleichzeitig Datenpakete an ein Netz gemeinsam genutzter Medien dieses Typs senden können.
  • Der Faserkanal (FC) – ANSI X3T11, verwendet die Topologie einer vermittelten Schleife (AL-Topologie) (abgekürzt FC-AL) als einen Ersatz für die Speicherschnittstelle für kleine Computer (SCSI). Die serielle Speicherarchitektur (SSA) ist eine Norm für Peripherieverbindungen, die bei niedrigen Kosten höhere Leistungs-, Verfügbarkeits-, Fehlertoleranz- und Konnektivitätsniveaus mit sich bringt. FC-AL und SSA sind serielle Hochleistungsschnittstellen, die dafür ausgelegt sind, Plattenlaufwerke, optische Laufwerke, Bandlaufwerke CD-ROMs, Drucker, Scanner und andere Peripheriegeräte mit Personal Computern, Workstations, Servern und Speicherteilsystemen zu verbinden. SSA und FC-AL erleichtern die Umstellung von momentaner SCSI-Ausrüstung und passen an die Realisierung künftiger Konfigurationen einschließlich der Verwendung von Glasfaserverbindungen an.
  • Diese und weitere Aspekte und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen und der beigefügten Beschreibung diskutiert.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein System offenbart, das virtuelle Pipes schafft, die Ströme von Echtzeitverkehr zu/von Internet-Telephonie-Gateways (VolP-Gateways) über Paketvermittlungsnetze mit rechtzeitiger Weiterleitung und Lieferung übermitteln. Folglich besitzen die Leistungsparameter wie etwa Verlust, Verzögerung und Jitter zwischen zwei beliebigen VolP-Gateways deterministische Garantien. Das System kombiniert die Vorteile sowohl der Leitungs- als auch der Paketvermittlung. Es sichert die Zuweisung für die ausschließliche Verwendung vordefinierter Verbindungen und garantiert für jene Verbindungen den verlustfreien Transport mit wenig Verzögerung und Jitter. Wenn die vordefinierten Verbindungen ihre zugeordneten Betriebsmittel nicht nutzen, können andere, nicht reservierte Datenpakete sie nutzen, ohne die Leistung der vordefinierten Verbindungen zu beeinflussen.
  • Diese und weitere Aspekte und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen und der beigefügten Beschreibung diskutiert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
  • 1 ist ein schematischer Blockschaltplan der synchronen virtuellen Vermittlung mit mehreren Zeitbasen der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Zeitablaufplan, der die gemeinsame Zeitreferenz (CTR), die mit der UTC synchronisiert ist, und Superzyklen, Zeitzyklen und mehrere Größen von Zeitrahmen, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, in Beziehung setzt;
  • 3 ist ein schematischer Blockschaltplan einer synchronen virtuellen Pipe, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 4 ist ein Zeitablaufplan, der die periodische Planung und Weiterleitung veranschaulicht, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 5A ist ein schematischer Blockschaltplan der Sicherungsschicht einer synchronen virtuellen Pipe der vorliegenden Erfindung;
  • 5B ist eine Datenwort-Codierungstabelle der vorliegenden Erfindung;
  • 5C ist eine Steuerwort-Codierungstabelle der vorliegenden Erfindung;
  • 6A ist eine Veranschaulichung der Struktur eines Datenpakets mit Anfangsblock, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 6B ist eine ausführliche Veranschaulichung spezifischer Felder in dem Anfangsblock von 6A;
  • 7 ist ein schematischer Blockschaltplan eines Eingangsports der synchronen virtuellen Vermittlung mit mehreren Zeitbasen der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ist ein Ablaufplan, der den Betrieb der Leitweglenkungs-Steuereinheit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 9 ist ein schematischer Blockschaltplan eines Ausgangsports der Vermittlung mit synchroner virtueller Pipe mit mehreren Zeitbasen der vorliegenden Erfindung;
  • 10 ist ein schematischer Blockschaltplan der Planungssteuereinheit und des Sendepuffers der vorliegenden Erfindung;
  • 11 ist ein Ablaufplan, der den Betrieb der Planungssteuereinheit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 12 ist ein Ablaufplan, der den Betrieb des Auswahlpuffers und der zeitangesteuerten Betriebsmittelentzug-Steuereinheit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 13 ist ein Zeitablaufplan, der die rechtzeitige periodische Sendung von Datenpaketen über mehrere Zeitbasen wie in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 14 ist ein Ablaufplan, der eine zusätzliche Einzelheit des Betriebs der Planungssteuereinheit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 15 ist ein Ablaufplan, der eine zusätzliche Einzelheit des Betriebs einer alternativen Ausführungsform der Planungssteuereinheit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 16 ist ein schematischer Blockschaltplan des Netzes gemeinsam genutzter Medien der vorliegenden Erfindung;
  • 17 ist ein schematischer Blockschaltplan einer alternativen Ausführungsform des Netzes gemeinsam genutzter Medien der vorliegenden Erfindung;
  • 18 ist ein Zeitablaufplan, der die rechtzeitige periodische Sendung von Daten über das Netz gemeinsam genutzter Medien wie in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 19 ist ein Zeitablaufplan, der den rechtzeitigen periodischen Empfang von Daten über das Netz gemeinsam genutzter Medien wie in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 20 veranschaulicht das Protokoll, das zur Planung des Sendezugriffs auf das Netz gemeinsam genutzter Medien verwendet wird, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 21 veranschaulicht das Protokoll, das zur Planung des Empfangszugriffs auf das Netz gemeinsam genutzter Medien verwendet wird, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 22A ist eine Veranschaulichung der Typen und der Organisation der in den Anforderungsnachrichten in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorhandenen Daten;
  • 22B ist eine Veranschaulichung der Typen und der Organisation der in den Plannachrichten in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthaltenen Daten;
  • 23 ist ein Zeitablaufplan, der die Ende-zu-Ende-Synchronisation innerhalb der synchronen virtuellen Pipe veranschaulicht, wie sie durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird;
  • 24A ist ein schematischer Blockschaltplan einer Ende-zu-Ende-Kommunikation, die das Netz gemeinsam genutzter Medien der vorliegenden Erfindung nutzt;
  • 24B ist ein Zeitablaufplan, der die rechtzeitige Sendung von Daten in der in 24A gezeigten Kommunikation veranschaulicht;
  • 25A ist ein Zeitablaufplan, der die konstanten Datenratenanforderungen eines Datenstroms mit einfacher isochroner Periodizität veranschaulicht; und
  • 25B ist ein Zeitablaufplan, der die veränderlichen Datenratenanforderungen eines Datenstroms mit komplexer isochroner Periodizität veranschaulicht.
  • 26 ist ein schematischer Blockschaltplan eines VolP-Gateways der vorliegenden Erfindung;
  • 27 ist ein schematischer Blockschaltplan einer Schnittstelle einer synchronen virtuellen Pipe zu einem VolP-Gateway, wie sie durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird;
  • 28 ist ein Zeitablaufplan, der die Verarbeitung, die Zusammensetzung von Paketen digitaler Abtastwerte und die fristgerechte Sendung der Datenpakete der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 29 ist ein Zeitablaufplan, der den Empfang, die Trennung der Abtastwerte von dem Paket und die andere Verarbeitung von Datenpaketen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 30 ist ein Zeitablaufplan, der die Multiplexierung mehrerer Ströme oder Anrufe zu einem Datenpaket in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 31 ist ein Zeitablaufplan, der die Demultiplexierung von Datenpaketen zu mehreren Strömen oder Anrufen in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 32 veranschaulicht sowohl einen schematischen Blockschaltplan einer Ende-zu-Ende-VolP-Verbindung als auch einen Zeitablaufplan, der die Zeitgebung desselben schematischen Blockschaltplans veranschaulicht, der einen synchronisierten VolP-Betrieb wie in der vorliegenden Erfindung schafft;
  • 33 ist ein schematischer Blockschaltplan der Zeitrahmen-Anrufmultiplexierung unter Verwendung der anfangsblocklosen zeitgestützten Leitweglenkung der vorliegenden Erfindung;
  • 34 ist ein Zeitablaufplan der anfangsblocklosen zeitgestützten Leitweglenkung der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM:
  • Obgleich diese Erfindung eine Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen zulässt, sind in der Zeichnung spezifische Ausführungsformen davon gezeigt, die hier ausführlich beschrieben werden, wobei die vorliegende Offenbarung selbstverständlich als eine beispielhafte Erläuterung der Prinzipien der Erfindung betrachtet werden soll und die Erfindung nicht auf die spezifischen veranschaulichten Ausführungsformen einschränken soll.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und auf ein Verfahren zum Senden und Weiterleiten von Paketen über ein Paketvermittlungsnetz. Die Vermittlungen des Netzes unterhalten eine gemeinsame Zeitreferenz, die entweder von einer externen Quelle (wie etwa GPS – globales Positionsbestimmungssystem) erhalten wird oder intern erzeugt und verteilt wird. Die gemeinsame Zeitreferenz wird verwendet, um Zeitintervalle zu definieren, die Zeitsuperzyklen, Zeitzyklen, Zeitrahmen, Zeitschlitze und andere Arten von Zeitintervallen enthalten. Die Zeitintervalle sind sowohl in einfacher Periodizität als auch in komplexer Periodizität (wie die Sekunden und die Minuten einer Uhr) angeordnet.
  • Ein Paket, das an einem Eingangsport einer Vermittlung ankommt, wird auf der Grundlage spezifischer Leitweglenkungsinformationen (z. B. IPv4-Zieladresse im Internet, VCI/VPI-Etiketten in ATM) im Anfangsblock des Pakets zu einem Ausgangsport vermittelt. Jede Vermittlung entlang eines Leitwegs von einer Quelle zu einem Ziel leitet Pakete in periodischen Zeitintervallen weiter, die unter Verwendung der gemeinsamen Zeitreferenz vordefiniert werden sind. Jede Übertragungsstrecke, die die Vermittlungen entlang des Leitwegs von der Quelle zum Ziel verbindet, kann die gleichen Zeitintervalle verwenden. Alternativ kann jede Übertragungsstrecke, die Vermittlungen entlang des Leitwegs von der Quelle zum Ziel verbindet, verschiedene Zeitintervalle verwenden, die aus der gemeinsamen Zeitreferenz erzeugt werden oder in anderer Weise mit ihr in Beziehung stehen.
  • Eine Zeitintervalldauer kann länger als die Zeitdauer sein, die für die Übermittlung eines Pakets erforderlich ist, wobei die genaue Position eines Pakets in dem Zeitintervall in diesem Fall nicht vorgegeben ist. Ein Paket ist so definiert, dass es sich innerhalb des Zeitintervalls befindet, das die Übermittlung des ersten Bits des Pakets enthält, selbst wenn die Länge des Pakets ausreichend lang ist, um für die Übermittlung des Gesamtpakets mehrere Zeitintervalle zu erfordern.
  • Pakete, die innerhalb des Netzes über denselben Leitweg und in denselben periodischen Zeitintervallen weitergeleitet werden, bilden eine virtuelle Pipe und nutzen dieselbe Pipe-ID gemeinsam. Eine Pipe-ID kann entweder wie etwa ein Identifizierungskennzeichen oder ein Etikett, das innerhalb des Netzes erzeugt wird, explizit oder wie etwa wie eine Gruppe von IP-Adressen implizit sein. Eine virtuelle Pipe kann verwendet werden, um Datenpakete von mehreren Quellen zu mehreren Zielen zu transportieren. Das Zeitintervall, in dem eine Vermittlung ein spezifisches Paket weiterleitet, ist durch die Pipe-ID des Pakets, durch die Zeit, zu der es die Vermittlung erreicht, und durch den Momentanwert der gemeinsamen Zeitreferenz bestimmt.
  • Eine virtuelle Pipe sichert für die Pakete, die über sie laufen, eine deterministische Dienstqualität. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird für Pipe-IDs, in denen die Kapazität in ihren entsprechenden Weiterleitungs-Übertragungsstrecken und Zeitintervallen im Voraus reserviert wird, eine stauungsfreie Paketvermittlung geschaffen. Darüber hinaus erreichen Pakete, die über eine virtuelle Pipe übertragen werden, ihr Ziel in vordefinierten Zeitintervallen, was garantiert, dass der Verzögerungs-Jitter oder die Verzögerungsunsicherheit kleiner oder gleich einem Zeitintervall ist.
  • Es wird ein System für das Management der Datenübertragung von Datenpaketen von einer Quelle zu einem Ziel geschaffen. Die Übertragung der Datenpakete wird während eines vordefinierten Zeitintervalls geliefert, das eine Mehrzahl vordefinierter Zeitrahmen umfasst. Ferner umfasst das System eine Mehrzahl von Vermittlungen. Eine virtuelle Pipe umfasst wenigstens zwei der Vermittlungen, die über Kommunikationsverbindungen in einem Weg miteinander verbunden sind. Mit jeder der Vermittlungen ist ein gemeinsames Zeitreferenzsignal gekoppelt, und eine Planungssteuereinheit bildet ausgewählte, in Reaktion auf das gemeinsame Zeitreferenzsignal vordefinierte Zeitrahmen für die Übertragung in jede und aus jeder der jeweiligen Vermittlungen ab. Jede Kommunikationsverbindung kann eine andere aus dem gemeinsamen Zeitreferenzsignal erzeugte Zeitrahmendauer verwenden.
  • Bei der Nutzung von Kommunikationsverbindungen mit verschiedener Bandbreite oder Kapazität können verschiedene Zeitrahmendauern erforderlich sein. Zum Beispiel enthalten gemeinsame Kommunikationsverbindungen derzeit langsame Verbindungen wie etwa DS1 oder T1, die inhärent auf eine Bandbreite von etwa 1,5 MBit/s begrenzt sind, und schnellere Übertragungsstrecken wie etwa einen OC-3-Kanal, der eine Bandbreite von 155 MBit/s hat. Es kann sich erweisen, dass ein für eine T1-Übertragungsstrecke geeigneter Zeitrahmen für eine OC-3-Übertragungsstrecke endlos lang ist. Ähnlich kann eine Zeitrahmendauer, die für eine OC-3-Übertragungsstrecke geeignet ist, zu kurz sein, um in einer T1-Übertragungsstrecke geeignet zu sein. Ähnliche Umstände treten bei zwei oder mehr beliebigen Kommunikationsverbindungen verschiedener Kapazität (z. B. DS0, T1, T3, OC-3, OC-12 und OC-48) auf.
  • Im Allgemeinen legt eine langsamere Übertragungsstreckengeschwindigkeit eine längere Zeitrahmendauer nahe und legt eine schnellere Übertragungsstreckengeschwindigkeit eine kürzere Zeitrahmendauer nahe, wobei die Zeitrahmendauer aber nicht so eingestellt zu werden braucht, dass sie diesen Vorschlägen genügt. Irgendeine Anzahl von Übertragungsstrecken mit verschiedenen Kapazitäten können die gleiche Zeitrahmendauer gemeinsam nutzen. Umgekehrt könnten für verschiedene von einer Mehrzahl von Übertragungsstrecken, die alle die gleiche Bandbreite haben, verschiedene Zeitrahmendauern ausgewählt werden. Die vorliegende Erfindung ist auf den Fall gerichtet, dass die Zeitrahmendauern wenigstens in zwei der Kommunikationsverbindungen unabhängig von der Kapazität oder von der verfügbaren Bandbreite dieser Übertragungsstrecken verschieden sind.
  • Für jede Vermittlung gibt es einen ersten vordefinierten Zeitrahmen, innerhalb dessen ein jeweiliges Datenpaket in die jeweilige Vermittlung übertragen wird, und einen zweiten vordefinierten Zeitrahmen, innerhalb dessen das jeweilige Datenpaket aus der jeweiligen Vermittlung weitergeleitet wird, wobei der erste und der zweite vordefinierte Zeitrahmen verschiedene Dauern haben können. Die Zeitzuweisung sichert gleichbleibende feste Intervalle zwischen dem Zeitpunkt zwischen der Eingabe in die virtuelle Pipe und dem der Ausgabe aus ihr.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform gibt es eine vordefinierte Teilmenge der vordefinierten Zeitrahmen, während denen die Datenpakete in die Vermittlung übertragen werden, wobei es für jede der jeweiligen Vermittlungen eine vordefinierte Teilmenge der vordefinierten Zeitrahmen gibt, während denen die Datenpakete aus der Vermittlung übertragen werden.
  • Jede der Vermittlungen umfasst einen oder eine Mehrzahl adressierbarer Eingangs- und Ausgangsports. Eine Leitweglenkungs-Steuereinheit bildet jedes der Datenpakete, die an jeweils einem der Eingangsports der jeweiligen Ermittlung ankommen, auf jeweils einen oder mehrere der Ausgangsports der jeweiligen Vermittlung ab.
  • Für jedes der Datenpakete gibt es eine zugeordnete Ankunftszeit bei einem jeweiligen der Eingangsports. Die Ankunftszeit ist einem bestimmten der vordefinierten Zeitrahmen zugeordnet. Für jede der Abbildungen durch die Leitweglenkungs-Steuereinheit gibt es eine zugeordnete Abbildung durch eine Planungssteuereinheit, die jedes der Datenpakete zwischen der Ankunftszeit und der Weiterleitungsausgangszeit abbildet. Die Weiterleitungsausgangszeit ist einem spezifischen vordefinierten Zeitrahmen zugeordnet.
  • In der bevorzugten Ausführungsform gibt es eine Mehrzahl virtueller Pipes, die wenigstens zwei der über Kommunikationsverbindungen in einem Weg miteinander verbundenen Vermittlungen umfassen. Die Kommunikationsverbindung ist eine Verbindung zwischen zwei angrenzenden Vermittlungen; außerdem kann jede der Kommunikationsverbindungen von wenigstens zwei der virtuellen Pipes gleichzeitig verwendet werden. Unter Nutzung von wenigstens zwei der virtuellen Pipes können mehrere Datenpakete übertragen werden.
  • In einigen Konfigurationen dieser Erfindung gibt es zwischen den Zeitrahmen für die zugeordnete Ankunftszeit und jenen für die Weiterleitungsausgangszeit für jedes der Datenpakete eine feste Zeitdifferenz, die für alle Vermittlungen konstant ist. Für einige dieser Vermittlungen ist die feste Zeitdifferenz eine variable Zeitdifferenz. Ein vordefiniertes Intervall umfasst eine feste Anzahl angrenzender Zeitrahmen, die einen Zeitzyklus umfassen. Datenpakete, die über eine gegebene virtuelle Pipe weitergeleitet werden, werden von einem Ausgangsport in jedem Zeitzyklus in einer vordefinierten Teilmenge von Zeitrahmen weitergeleitet. Darüber hinaus ist die Anzahl der Datenpakete, die für eine gegebene virtuelle Pipe in jeder vordefinierten Teilmenge von Zeitrahmen weitergeleitet werden können, ebenfalls vordefiniert.
  • In einigen weiteren Konfigurationen dieser Erfindung kann eine virtuelle Pipe aus Kommunikationsverbindungen jeweils mit einer anderen Zeitrahmen- und/oder Zeitzyklusdauer konstruiert werden. Darüber hinaus kann eine Kommunikationsverbindung von mehreren Pipes, jeweils mit einer anderen Zeitrahmendauer und/oder mit einer anderen Zeitzyklusdauer, verwendet werden.
  • Die Zeitrahmen, die einer bestimmten der Vermittlungen innerhalb der virtuellen Pipe zugeordnet werden, werden derselben Vermittlung für alle Zeitzyklen zugeordnet und sind außerdem einem Eingang in oder einem Ausgang zu oder von der bestimmten Vermittlung zugeordnet. Es wird angemerkt, dass jedem Eingangs- oder Ausgangsport eine andere Zeitrahmendauer und/oder ein anderes Zeitzyklusintervall zugeordnet werden kann.
  • In einer allgemeineren Konstruktion der vorliegenden Erfindung kann ein Zeitzyklus aus einer erneut auftretenden Folge von Zeitrahmen konstruiert werden, wobei jeder Zeitrahmen eine andere Zeitdauer haben kann. In diesem Fall hängt die Zeitrahmendauer von der Zeitrahmenposition innerhalb des Zeitzyklus ab. Dies bedeutet, dass zwei aufeinander folgende Zeitrahmen innerhalb desselben Zeitzyklus verschiedene Zeitrahmendauern haben können.
  • In einigen Konfigurationen dieser Erfindung gibt es zwischen der Eingabe in eine und der Ausgabe aus einer jeweiligen Vermittlung eine konstante feste Zeit. Diese feste Zeit kann entweder unter Verwendung der Zeitrahmendauer auf der Eingangsübertragungsstrecke oder der Zeitrahmendauer auf der Ausgangsübertragungsstrecke gemessen werden. Darüber hinaus tritt diese feste Zeit innerhalb jedes der Zeitzyklen erneut auf. Eine feste Anzahl aneinander angrenzender Zeitzyklen bilden einen Superzyklus, der periodisch ist. Die Datenpakete, die über eine gegebene Kommunikationsverbindung weitergeleitet werden, werden in jedem Superzyklus innerhalb einer vordefinierten Teilmenge von Zeitrahmen von einem Ausgangsport weitergeleitet. Darüber hinaus ist die Anzahl der Datenpakte, die in jeder vordefinierten Teilmenge von Zeitrahmen innerhalb eines Superzyklus für eine gegebene Kommunikationsverbindung weitergeleitet werden können, ebenfalls vordefiniert.
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird das gemeinsame Zeitreferenzsignal von einem GPS (globalen Positionsbestimmungssystem) gekoppelt und steht in Übereinstimmung mit der UTC-Norm (Norm der koordinierten Weltzeit). Das UTC-Zeitsignal braucht nicht direkt vom GPS empfangen zu werden. Dieses Signal kann von einer Vermittlung unter Verwendung verschiedener Mittel empfangen werden, solange die Verzögerung oder Zeitunsicherheit, die diesem UTC-Zeitsignal zugeordnet ist, nicht die Hälfte der kürzesten Zeitrahmendauer, die dieser Vermittlung zugeordnet ist, übersteigt.
  • In einer Ausführungsform ist die Superzyklusdauer, gemessen unter Verwendung der UTC-Norm (Norm der koordinierten Weltzeit), gleich einer Sekunde. In einer alternativen Ausführungsform überspannt die Superzyklusdauer mehrere UTC-Sekunden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Superzyklusdauer ein Bruchteil einer UTC-Sekunde. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist die Superzyklusdauer eine kleine ganzzahlige Anzahl von UTC-Sekunden.
  • Die Kommunikationsverbindungen können aus Glasfaser, Kupfer und drahtlose Kommunikationsverbindungen, z. B. zwischen einer Bodenstation und einem Satelliten und zwischen zwei Satelliten, die die Erde umkreisen, sein. Die Kommunikationsverbindung zwischen zwei Knoten braucht keine serielle Kommunikationsverbindung zu sein. Es kann eine parallele Kommunikationsverbindung verwendet werden – eine solche Übertragungsstrecke kann mehrere Datenbits, das zugeordnete Taktsignal und zugeordnete Steuersignale gleichzeitig übermitteln.
  • Die Datenpakete können Internetprotokoll-Datenpakete (IP-Datenpakete) und Zellen des asynchronen Übertragungsmodus (ATM-Zellen) sein und können über dieselbe virtuelle Pipe mit einer zugeordneten Pipe-Kennung (PID) weitergeleitet werden. Die PID kann eine Internetprotokoll-Adresse (IP-Adresse), eine Internetprotokoll-Gruppen-Mehrpunktverbindungsadresse, ein asynchroner Übertragungsmodus (ATM), eine Kennung einer virtuellen Verbindung (VCI) und eine Kennung eines virtuellen Wegs (VPI) sein (oder in Verbindung als VCI/VPI verwendet werden).
  • Die Leitweglenkungs-Steuereinheit bestimmt drei mögliche Zuordnungen eines ankommenden Datenpakets: (1) den Ausgangsport, (2) den Übertragungsstreckentyp, der durch die Zeitrahmen-, durch den Zeitzyklus- und durch die Superzyklusdauer, die ihm zugeordnet sind, charakterisiert ist, und (3) die Ankunftszeit (ToA). Die ToA wird daraufhin von der Planungssteuereinheit verwendet, um zu bestimmen, wann ein Datenpaket von dem Auswahlpuffer und von der zeitangesteuerten Betriebsmittelentzug-Steuereinheit zu der nächsten Vermittlung in der virtuellen Pipe weitergeleitet werden sollte. Die Leitweglenkungs-Steuereinheit nutzt für die Abbildung von einem Eingangsport auf einen Ausgangsport wenigstens eine der Internetprotokolladresse, Version 4, (IPv4-Adressen), der Internetprotokolladresse, Version 6, (IPv6-Adressen), der Internetprotokoll-Gruppen-Mehrpunktverbindungsadresse, der Internet-MPLS-Etikettenadresse (Mehrprotokoll-Etikettwechsel-Etikettenadresse oder -Identifizierungskennzeichenwechsel-Etikettenadresse), der Adresse der virtuellen ATM-Leitungskennung und der virtuellen Wegkennung (VCI/VPI) und der IEEE-802-MAC-Adresse (IEEE-802-Medienzugangskontrolle-Adresse).
  • Jedes der Datenpakete umfasst einen Anfangsblock, der einen zugeordneten Zeitstempel enthält. Für jede der Abbildungen durch die Leitweglenkungs-Steuereinheit gibt es eine zugeordnete Abbildung jedes der Datenpakete zwischen dem jeweiligen zugeordneten Zeitstempel und einer zugeordneten Weiterleitungsausgangszeit, die einem der vordefinierten Zeitrahmen zugeordnet ist, durch die Planungssteuereinheit. Der Zeitstempel kann die Zeit aufzeichnen, zu der ein Paket durch seine Anwendung erzeugt wurde.
  • In einer Ausführungsform wird der Zeitstempel durch ein Internet-Echtzeitprotokoll (RTP) und durch eine Vordefinierte der Quellen oder Vermittlungen erzeugt. Der Zeitstempel kann von einer Planungssteuereinheit verwendet werden, um die Weiterleitungszeit eines Datenpakets von einem Ausgangsport zu bestimmen.
  • Jedes der Datenpakete geht von einer Endstation aus, wobei der Zeitstempel bei der jeweiligen Endstation zur Aufnahme in das jeweilige Ursprungsdatenpaket erzeugt wird. Diese Erzeugung eines Zeitstempels kann von der UTC entweder, indem sie direkt vom GPS empfangen wird, oder unter Verwendung des Internet-Netzzeitprotokolls (NTP) abgeleitet werden. Alternativ kann der Zeitstempel an einer Subnetzbegrenzung oder an der Begrenzung der synchronen virtuellen Pipe erzeugt werden.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein System für die Übertragung von Datenpaketen über ein Datennetz geschaffen, während für einen reservierten Datenverkehr ein konstanter, beschränkter Jitter (oder eine konstante, beschränkte Verzögerungsunbestimmtheit) und kein stauungsinduzierter Verlust von Datenpaketen aufrechterhalten werden. Diese Eigenschaften sind für viele Multimediaanwendungen wie etwa Telephonie und Videokonferenzen wesentlich.
  • In Übereinstimmung mit dem Entwurf, dem Verfahren und der veranschaulichten Realisierung der vorliegenden Erfindung werden eine oder mehrere wie in 3 gezeigte virtuelle Pipes 25 über ein Datennetz mit allgemeiner Topologie geschaffen. Dieses Datennetz kann die Erdkugel umspannen. Jede virtuelle Pipe 25 ist über eine oder mehrere in 3 gezeigte Vermittlungen 10 konstruiert, die über Kommunikationsverbindungen 41 in einem Weg miteinander verbunden sind.
  • 3 veranschaulicht eine virtuelle Pipe 25 von einer Vermittlung A über Vermittlungen B und C, die bei einer Vermittlung D endet. Die virtuelle Pipe 25 überträgt Datenpakete von wenigstens einer Quelle zu wenigstens einem Ziel. Wie gezeigt ist, kann die Vermittlung A über Kommunikationsverbindungen 41 Daten von einer Vielzahl von Quellen annehmen. Wie ebenfalls gezeigt ist, kann die Vermittlung D über Kommunikationsverbindungen 41 Daten an eine Vielzahl von Zielen ausgeben.
  • Die Datenpaketübertragungen über die virtuelle Pipe 25 über die Vermittlungen 10 sind so ausgelegt, dass sie während einer Mehrzahl vordefinierter Zeitintervalle stattfinden, wobei jedes der vordefinierten Zeitintervalle eine Mehrzahl vordefinierter Zeitrahmen umfasst. Die rechtzeitige Übertragung von Datenpaketen wird durch die Kopplung eines gemeinsamen Zeitreferenzsignals (nicht gezeigt) mit jeder der Vermittlungen 10 erzielt.
  • 1 ist ein schematischer Blockschaltplan der Vermittlung 10 mit synchroner virtueller Pipe (SVP) mit mehreren Rahmendauern. Die SVP-Vermittlung 10 umfasst ein Mittel 20 für gemeinsame Zeitreferenz, wenigstens einen Eingangsport 30, wenigstens einen Ausgangsport 40 und eine Switch Fabric 50. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Mittel 20 für gemeinsame Zeitreferenz ein GPS-Empfänger, der wie veranschaulicht über eine Antenne eine Quelle der gemeinsamen Zeitreferenz 001 (z. B. über GPS die UTC) empfängt. Das Mittel 20 für gemeinsame Zeitreferenz liefert an alle Eingangsports 30 und an alle Ausgangsports 40 ein Signal 002 der gemeinsamen Zeitreferenz. GPS-Zeitempfänger sind von einer Vielzahl von Herstellern wie etwa von der TrueTime, Inc., (Santa Rosa, CA) verfügbar. Mit einer solchen Ausrüstung ist es überall auf der Erdkugel möglich, von der UTC-Norm (Norm der koordinierten Weltzeit) einen lokalen Takt mit einer Genauigkeit von ±1 Mikrosekunde aufrechtzuerhalten.
  • Jeder jeweilige Eingangsport 30 ist mit der Switch Fabric 50 gekoppelt. Jeder jeweilige Ausgangsport 40 ist mit der Switch Fabric 50 gekoppelt.
  • Außerdem ist die SVP-Vermittlung 10 aus 1 mittels der Eingangs- und Ausgangsports 30 bzw. 40 mit einer oder mit mehreren Kommunikationsverbindungen 41 gekoppelt. Die Kommunikationsverbindungen 41 können innerhalb eines IP-Netzes realisiert sein.
  • Die Kommunikationsverbindungen 41 brauchen in der vorliegenden Erfindung nicht die gleiche Zeitrahmendauer zu haben. Jede der Kommunikationsverbindungen 41 kann einen Zeitrahmen mit einer anderen Dauer haben. Wie in 1 veranschaulicht ist, haben einige der Kommunikationsverbindungen eine Zeitrahmendauer TF1, während einige andere der Kommunikationsverbindungen eine Zeitrahmendauer TF2 haben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf zwei verschiedene Zeitrahmendauern beschränkt. Durch die Mehr-Rahmen-SVP-Vermittlung der vorliegenden Erfindung kann irgendeine Anzahl verschiedener Zeitrahmendauern versorgt werden.
  • 2 ist ein Zeitablaufplan, der die gemeinsame Zeitreferenz (CTR), die mit der UTC synchronisiert ist, und Superzyklen, Zeitzyklen und mehrere Größen von Zeitrahmen, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, in Beziehung setzt. Die obere horizontale Achse zeigt ausführlich die Zeitgebung einer Kommunikationsverbindung, die eine erste Zeitrahmendauer nutzt. Die untere horizontale Achse zeigt ausführlich die Zeitgebung einer Kommunikationsverbindung, die eine zweite Zeitrahmendauer nutzt. Beide Achsen sind in Bezug auf dieselbe gemeinsame Zeitreferenz dargestellt.
  • Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Kommunikationsverbindung, die die erste Zeitrahmendauer nutzt, innerhalb jedes Superzyklus 80 Zeitzyklen, wobei die Zeitzyklen von 0 bis 79 nummeriert sind. Innerhalb jedes der Zeitzyklen gibt es 100 Zeitrahmen der Dauer TF1, die von 1 bis 100 nummeriert sind. Die Dauer des Zeitrahmens TF1 ist als 125 Mikrosekunden gewählt, sodass ein Zeitzyklus als 12,5 Millisekunden und ein Superzyklus als genau eine UTC-Sekunde bestimmt ist.
  • Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Kommunikationsverbindung, die die zweite Zeitrahmendauer nutzt, innerhalb jedes Superzyklus 80 Zeitzyklen, wobei die Zeitzyklen von 0 bis 79 nummeriert sind. Innerhalb jedes der Zeitzyklen gibt es 25 von 1 bis 25 nummerierte Zeitrahmen der Dauer TF2. Die Dauer des Zeitrahmens TF2 ist als 500 Millisekunden gewählt, sodass ein Zeitzyklus als 12,5 Millisekunden und ein Superzyklus als genau eine UTC-Sekunde bestimmt ist.
  • Für die Planung der Datenübertragung zwischen zwei Kommunikationsverbindungen ist es am zweckmäßigsten, wenn sie die gleiche Zeitrahmendauer gemeinsam nutzen. Falls sie verschiedene Zeitrahmendauern haben, ist es zweckmäßig, diese Dauern und Anzahlen von Zeitrahmen pro Zeitzyklus so zu wählen, dass sie (wie in dem in 2 gezeigten Beispiel) die gleiche Zeitzyklusdauer und Superzyklusdauer gemeinsam nutzen. Falls zwei Kommunikationsverbindungen verschiedene Zeitrahmendauern und verschiedene Zeitzyklusdauern haben, sollten die jeweiligen Dauern und Anzahlen von Zeitrahmen und Zeitzyklen innerhalb eines Superzyklus so gewählt werden, dass ermöglicht wird, dass beide Kommunikationsverbindungen die gleiche Gesamtsuperzyklusdauer gemeinsam nutzen.
  • Außerdem veranschaulicht 2, wie das gemeinsame Zeitreferenzsignal mit der UTC-Norm (Norm der koordinierten Weltzeit) synchronisiert werden kann. In diesem veranschaulichten Beispiel ist die Dauer jedes Superzyklus, gemäß der UTC-Norm gemessen, genau eine Sekunde. Wie in 2 gezeigt ist, fällt darüber hinaus der Anfang jedes Superzyklus mit dem Anfang einer UTC-Sekunde zusammen. Folglich wird die periodische Planung des Zyklus und des Superzyklus nicht beeinflusst, wenn für UTC-Korrekturen (wegen Änderungen der Erdumdrehungsperiode) Schaltsekunden eingefügt oder ausgelassen werden. Die Zeitrahmen, Zeitzyklen und Superzyklen werden allen jeweiligen Vermittlungen in der virtuellen Pipe zu allen Zeiten in der gleichen Weise zugeordnet.
  • In der in 2 veranschaulichten Ausführungsform ist die unter Verwendung der UTC-Norm (Norm der koordinierten Weltzeit) gemessene Superzyklusdauer gleich einer Sekunde. In einer alternativen Ausführungsform überspannt die Superzyklusdauer mehrere UTC-Sekunden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Superzyklusdauer ein Bruchteil einer UTC-Sekunde. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist die Superzyklusdauer eine kleine ganzzahlige Anzahl von UTC-Sekunden.
  • Die Pipeline-Weiterleitung bezieht sich auf Datenpakete, die mit einer vordefinierten Verzögerung in jeder Phase (entweder über eine Kommunikationsverbindung 41 oder über eine Vermittlung 10 vom Eingangsport 30 zum Ausgangsport 40) über eine virtuelle Pipe 25 weitergeleitet werden. Die Datenpakete treten von einer oder von mehreren Quellen in eine virtuelle Pipe 25 ein und werden zu einem oder zu mehreren Zielen weitergeleitet.
  • Die rechtzeitige Pipeline-Weiterleitung von Datenpaketen über die virtuelle Pipe 25 ist anhand von 3 veranschaulicht. In diesem Beispiel enthalten die Zeitzyklen einheitlich 10 Zeitrahmen, wobei die Superzyklen der Klarheit halber nicht gezeigt sind. Von einem der Eingangsports 30 der Vermittlung A wird im Zeitrahmen 1 ein Datenpaket empfangen und entlang dieser virtuellen Pipe 25 auf folgende Weise weitergeleitet: (i) Das Datenpaket 41A wird im Zeitrahmen 2 des Zeitzyklus 1 von dem Ausgangsport 40 der Vermittlung A weitergeleitet, (ii) das Datenpaket 41B wird nach 18 Zeitrahmen im Zeitrahmen 10 des Zeitzyklus 2 vom Ausgangsport 40 der Vermittlung B weitergeleitet, (iii) das Datenpaket 41C wird nach 42 Zeitrahmen im Zeitrahmen 2 des Zeitzyklus 7 von dem Ausgangsport 40 der Vermittlung C weitergeleitet und (iv) das Datenpaket 41D wird nach 19 Zeitrahmen im Zeitrahmen 1 des Zeitzyklus 9 von dem Ausgangsport 40 der Vermittlung D weitergeleitet.
  • In 3 ist Folgendes veranschaulicht:
    • • Alle Datenpakete treten periodisch in dem zweiten Zeitrahmen eines Zeitzyklus in die virtuelle Pipe 25 ein (d. h. werden aus dem Ausgangsport 40 der Vermittlung A weitergeleitet) und werden nach 79 Zeitrahmen von dieser virtuellen Pipe 25 ausgegeben (d. h. werden aus dem Ausgangsport 40 der Vermittlung D weitergeleitet).
    • • Die Datenpakete, die in die virtuelle Pipe 25 eintreten (d. h., die aus dem Ausgangsport 40 der Vermittlung A weitergeleitet werden), können von einer oder von mehreren Quellen kommen und können die Vermittlung A über eine oder mehrere Eingangsübertragungsstrecken 41 erreichen.
    • • Die Datenpakete, die die virtuelle Pipe 25 verlassen (d. h., die aus dem Ausgangsport 40 der Vermittlung D weitergeleitet werden), können über eine Mehrzahl von Ausgangsübertragungsstrecken 41 zu einem einer Mehrzahl von Zielen weitergeleitet werden.
    • • Die Datenpakete, die die virtuelle Pipe 25 verlassen (d. h., die aus dem Ausgangsport 40 der Vermittlung D weitergeleitet werden), können gleichzeitig zu mehreren Zielen weitergeleitet werden (d. h. Mehrpunktverbindungs-Datenpaketweiterleitung (Eines-zu-vielen-Datenpaketweiterleitung).
    • • Die Kommunikationsverbindung 41 zwischen zwei Angrenzenden der Vermittlungen 10 kann von wenigstens zwei der virtuellen Pipes gleichzeitig verwendet werden.
    • • Eine Mehrzahl virtueller Pipes können über dieselben Kommunikationsverbindungen multiplexieren (d. h. ihren Verkehr mischen).
    • • Eine Mehrzahl virtueller Pipes können während derselben Zeitrahmen und auf beliebige Weise multiplexieren (d. h. ihren Verkehr mischen).
    • • Derselbe Zeitrahmen kann von mehreren Datenpaketen von einer oder von mehreren virtuellen Pipes verwendet werden.
  • Für jede virtuelle Pipe gibt es vordefinierte Zeitrahmen, innerhalb denen jeweilige Datenpakete in ihre jeweiligen Vermittlungen übertragen werden, und getrennte vordefinierte Zeitrahmen, innerhalb denen die jeweiligen Datenpakete aus ihren jeweiligen Vermittlungen übertragen werden. Obgleich die Zeitrahmen jeder virtuellen Pipe in jeder ihrer Vermittlungen entlang der gemeinsamen Zeitreferenz auf beliebige Weise zugewiesen werden können, ist es zweckmäßig und praktisch, die Zeitrahmen auf periodische Weise in Zeitzyklen und Superzyklen zuzuweisen.
  • Da die wie in 1 gezeigte Struktur der Vermittlung 10 ermöglicht, dass ein Netz, das solche Vermittlungen umfasst, als eine große verteilte Pipeline-Struktur arbeitet, wie sie üblicherweise innerhalb digitaler Systeme und Computerarchitekturen zu finden ist, kann sie ebenfalls als eine Pipeline-Vermittlung bezeichnet werden.
  • 4 veranschaulicht die Abbildung der Zeitrahmen in einen und aus einem Knoten in einer virtuellen Pipe, wobei sich die Abbildung in jedem Zeitzyklus wiederholt, wobei die Eingangszeit, d. h. die Ankunftszeit (ToA), gegenüber der Ausgangszeit, d. h. der Weiterleitungsausgangszeit des Ausgangsports, veranschaulicht ist. 4 veranschaulicht dadurch die periodische Planungs- und Weiterleitungszeitgebung einer Vermittlung einer virtuellen Pipe, wobei es eine vordefinierte Teilmenge von Zeitrahmen (i, 75 und 80) jedes Zeitzyklus gibt, während denen Datenpakete in diese Vermittlung übertragen werden, und wobei es für diese virtuelle Pipe eine vordefinierte Teilnahme von Zeitrahmen (i + 3, 1 und 3) jedes Zeitzyklus gibt, während denen die Datenpakete aus dieser Vermittlung übertragen werden.
  • In dem veranschaulichten Beispiel aus 4 wird ein erstes Datenpaket 5a, das in dem Zeitrahmen i bei dem Eingangsport der Vermittlung ankommt, im Zeitrahmen i + 3 aus dem Ausgangsport der Vermittlung weitergeleitet. In diesem Beispiel wird das Datenpaket in einem späteren Zeitrahmen innerhalb desselben Zeitzyklus, in dem es angekommen ist, aus dem Ausgangsport weitergeleitet. Die Verzögerung beim Durchqueren der Vermittlung, dts, bestimmt eine untere Grenze an den Wert (i + dts). In dem veranschaulichten Beispiel muss dts kleiner oder gleich 3 sein.
  • Wie ebenfalls in 4 gezeigt ist, wird ein zweites Datenpaket 5b, das im Zeitrahmen 75 bei dem Eingangsport der Vermittlung ankommt, im Zeitrahmen 1 innerhalb des nächsten Zeitzyklus aus dem Ausgangsport der Vermittlung weitergeleitet. In diesem Beispiel wird das Datenpaket in einem früher nummerierten Zeitrahmen, jedoch innerhalb des nächsten Zeitzyklus gegenüber dem, in dem es angekommen ist, aus dem Ausgangsport weitergeleitet. Es wird angemerkt, dass die Datenpakete beim Durchqueren Zeitzyklusbegrenzungen überschreiten können.
  • Falls – z. B. -jedes der drei Datenpakete 125 Bytes (d. h. 1000 Bits) hat und falls es in jedem Zeitzyklus 80 Zeitrahmen von 125 Mikrosekunden gibt (d. h. eine Zeitzyklusdauer von 10 Millisekunden), ist die dieser virtuellen Pipe zugeordnete Bandbreite 300.000 Bits pro Sekunde. Allgemein wird die für eine virtuelle Pipe zugeordnete Bandbreite oder Kapazität dadurch berechnet, dass die Anzahl der Bits, die während jedes der Zeitzyklen übertragen werden, durch die Zeitzyklusdauer dividiert wird. Im Fall einer Bandbreite in einem Superzyklus wird die einer virtuellen Pipe zugeordnete Bandbreite dadurch berechnet, dass die Anzahl der Bits, die während jedes der Superzyklen übertragen werden, durch die Superzyklusdauer dividiert wird.
  • Jede Vermittlung 10 umfasst eine Mehrzahl adressierbarer Eingangsports 30 und Ausgangsports 40. Wie in 7 veranschaulicht ist, umfasst der Eingangsport 30 ferner eine Leitweglenkungs-Steuereinheit 35B, um jedes der Datenpakete, das bei einem jeden Eingangsport ankommt, auf jeweils eine Warteschlange zu den Ausgangsports abzubilden. Wie in 9 veranschaulicht ist, umfasst der Ausgangsport 40 ferner eine Planungssteuereinheit und einen Sendepuffer 45.
  • Wie in den 3 und 5A gezeigt ist, ist ein Ausgangsport 40 über eine Kommunikationsverbindung 41 mit einem nächsten Eingangsport 30 verbunden. Die Kommunikationsverbindung kann unter Verwendung verschiedener Technologien, die mit der vorliegenden Erfindung kompatibel sind, einschließlich Glasfaserleitungen, Kupfer- und anderen verdrahteten Leitungen und drahtlosen Kommunikationsverbindungen – einschließlich, aber nicht beschränkt auf, z. B. Funkfrequenz (RF) zwischen zwei Bodenstationen, zwischen einer Bodenstation und einem Satelliten und zwischen zwei Satelliten, die die Erde umkreisen, Mikrowellenübertragungsstrecken, Infrarotübertragungsstrecken (IR-Übertragungsstrecken), optischen Kommunikationslasern – realisiert sein. Die Kommunikationsverbindung braucht keine serielle Kommunikationsverbindung zu sein. Es kann eine parallele Kommunikationsverbindung verwendet werden – eine solche parallele Übertragungsstrecke kann gleichzeitig mehrere Datenbits, zugeordnete Taktsignale und zugeordnete Steuersignale übermitteln.
  • Wie in 1 gezeigt ist, wird von dem GPS-Zeitempfänger 20, der sein Zeitgebungssignal von der GPS-Antenne 001 empfängt, die gemeinsame Zeitreferenz 002 für die Eingangsports 30 und für die Ausgangsports 40 (die die Eingangs-/Ausgangsports 30/40 bilden) bereitgestellt. GPS-Zeitempfänger sind von einer Vielzahl von Herstellern wie etwa von der TrueTime, Inc., (Santa Rosa, CA) verfügbar. Mit einer solchen Ausrüstung ist es möglich, von der UTC-Norm (Norm der koordinierten Weltzeit) überall auf der Erdkugel einen lokalen Takt mit einer Genauigkeit von ±1 Mikrosekunde aufrechtzuerhalten.
  • 5A ist eine Darstellung eines seriellen Senders und eines seriellen Empfängers. 5B ist eine Tabelle, die das 4B/5B-Codierungsschema für Daten veranschaulicht, und 5C ist eine Tabelle, die das 4B/5B-Codierungsschema für Steuersignale veranschaulicht.
  • Anhand von 5A sind ein serieller Sender 49 und ein serieller Empfänger 31 veranschaulicht, wie sie mit jeder Übertragungsstrecke 41 gekoppelt sind. Im Kontext dieser Erfindung können eine Vielzahl von Codierungsschemata für eine serielle Leitungsübertragungsstrecke 41 wie etwa SONET/SDH, 8B/10B-Faserkanal und verteilte 4B/5B-Faserdatenschnittstelle (4B/5B-FDDI) verwendet werden. Außer der Codierung und Decodierung der über die serielle Übertragungsstrecke gesendeten Daten sendet/empfängt der serielle Sender/Empfänger (49 und 31) Steuerwörter für eine Vielzahl von Inband-Steuerzwecken, die zu der Beschreibung der vorliegenden Erfindung meistens ohne Beziehung sind.
  • Allerdings wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Steuerwort, ein Zeitrahmenbegrenzer (TFD), verwendet. Der TFD markiert die Grenze zwischen zwei aufeinander folgenden Zeitrahmen und wird durch einen seriellen Sender 49 gesendet, wenn in einer im Folgenden als Teil des Ausgangsport-Betriebs beschriebenen Weise ein CTR-002-Taktticken auftritt.
  • Es ist notwendig, auf eindeutige Weise zwischen den Datenwörtern, die die Informationen übermitteln, und dem Steuersignal oder den Steuerwörtern (wobei der TFD z. B. ein Steuersignal ist) über die serielle Übertragungsstrecke 41 zu unterscheiden. Es gibt viele Arten, dies zu tun. Eine Art ist die Verwendung des bekannten 4B/5B-Codierungsschemas (das in der FDDI verwendet wird). In diesem Schema wird jedes 8-Bit-Zeichen in zwei 4-Bit-Teile geteilt und daraufhin jeder Teil zu einem 5-Bit-Codewort codiert, das über die serielle Übertragungsstrecke 41 gesendet wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen der serielle Sender 49 und der serielle Empfänger 31 die Chipsätze AM7968 bzw. AM7969, die beide durch die AND Corporation hergestellt werden.
  • 5B veranschaulicht eine Codierungstabelle von 4-Bit-Daten zu einem seriellen 5-Bit-Codewort. Das 4B/5B ist ein redundantes Codierungsschema, d. h., dass es mehr Codewörter als Datenwörter gibt. Folglich können einige der ungenutzten oder redundanten seriellen Codewörter zur Übermittlung von Steuerinformationen verwendet werden.
  • 5C ist eine Tabelle mit 15 möglichen codierten Steuercodewörtern, die zur Übertragung des Zeitrahmenbegrenzers (TFD) über eine serielle Übertragungsstrecke verwendet werden können. Die TFD-Übertragung ist für die Datenübertragung vollständig transparent und kann somit auf zerstörungsfreie Weise in der Mitte der Datenpaketsendung gesendet werden.
  • Wenn die Kommunikationsverbindungen 41 SONET/SDH sind, kann der Zeitrahmenbegrenzer nicht als redundantes serielles Codewort eingebettet werden, da die serielle SONET/SDH-Codierung auf der Verwürfelung ohne Redundanz beruht. Folglich wird der TFD unter Verwendung der SONET/SDH-Rahmensteuerfelder Transportorganisationsdaten (TOH) und Wegorganisationsdaten (POH) realisiert. Obgleich das SONET/SDH einen 125-Mikrosekunden- Rahmen verwendet, wird angemerkt, dass es im Moment nicht direkt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, da die SONET/SDH-Rahmen nicht global synchronisiert sind und außerdem nicht mit der UTC synchronisiert sind. Falls die SONET/SDH-Rahmen dagegen global synchronisiert werden, kann SONET/SDH kompatibel mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • 7 ist ein schematischer Blockschaltplan eines Eingangsports mit einer Leitweglenkungs-Steuereinheit. Wie in 7 gezeigt ist, besitzt der Eingangsport 30 mehrere Teile, einschließlich: serieller Empfänger 31, eine Leitweglenkungs-Steuereinheit 35 und getrennte Warteschlangen zu den Ausgangsports 36. Der serielle Empfänger 31 überträgt die ankommenden Datenpakete und die Zeitrahmenbegrenzer zu der Leitweglenkungs-Steuereinheit 35.
  • Die Steuereinheit 35 umfasst eine Leitweglenkungs-Steuereinheit 35B, die aus einer Zentraleinheit (CPU), aus einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) zum Speichern des Datenpakets, aus einem Nur-Lese-Speicher (ROM) zum Speichern des Leitweglenkungs-Steuereinheits-Verarbeitungsprogramms; und aus einer Leitweglenkungstabelle 35D, die dazu verwendet wird, den Ausgangsport zu bestimmen, an den das ankommende Datenpaket vermittelt werden sollte, konstruiert ist.
  • Gleichzeitig sowohl anhand von 17 als auch von 19 veranschaulicht 19 die Zeitgebung, die dem Empfang von Datenpaketen der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist. Für den Empfang der Datenpakete von einer synchronen virtuellen Pipe 41 über einen Eingangsport 30 ist der Manager 100 für die Zeit des Zugriffs auf die gemeinsam genutzten Medien verantwortlich. Die Datenpakete werden so gesendet, dass sie bei dem Zugriffszeitmanager 100 in jedem Zeitzyklus regelmäßig in vordefinierten Zeitrahmen, d. h. in dem veranschaulichten Beispiel gerade nach dem Zeitrahmen 2, ankommen 1c.
  • Der Zugriffszeitmanager 100 ist verantwortlich für die Planung von Datenpaketen, die über den Eingangsport 30 von der synchronen virtuellen Pipe 41 ankommen, um über das Netz 200 gemeinsam genutzter Medien gesendet zu werden, um während bestimmter Zeitrahmen innerhalb eines Zeitzyklus bei den Endstationen 300 des Netzes gemeinsam genutzter Medien anzukommen. Die Datenpakete werden zur Zeit 1d gesendet, um bei der Endstation anzukommen.
  • Der Zugriffszeitmanager 100 reserviert Zeitrahmen und plant sich selbst so, dass er das Senden von Datenpaketen innerhalb jedes Zeitzyklus in demselben Zeitrahmen beginnend fortsetzt. Nachdem jedes zusätzliche Datenpaket 2c, 3c durch den Zugriffszeitmanager 100 empfangen worden ist, wird es mit einem gleichbleibend geplanten jeweiligen Zeitrahmen über das Netz 200 gemeinsam genutzter Medien zu der richtigen Endstation 300 gesendet 2d, 3d.
  • Die Regelmäßigkeit der Ankunft von Daten in demselben Zeitrahmen jedes Zeitzyklus sichert bei den Endstationen 300 einen ununterbrochenen Empfang digitaler Daten. Der in den Ankunftszeiten der empfangenen Datenpakete vorhandene Jitter wird durch die gemeinsame Zeitreferenz so gesteuert, dass er klein und gut begrenzt ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Datenpaket, das bei dem Netz gemeinsam genutzter Medien ankommt, so geplant werden, dass es entweder gleichzeitig in dem gleichen Plan oder in mehreren Plänen zu mehreren Endstationen weitergeleitet wird.
  • Der SMATM besitzt eine Unterkomponente für die Verarbeitung einer Mehrzahl von Formattypen von Datenpaketen 100A. Diese Unterkomponente setzt Pakete von einem ersten Datenpaket-Formattyp in einen zweiten Datenpaket-Formattyp um. Der erste und der zweite Formattyp können einer der Folgenden sein: ATM, IP, Faserkanal für FC-AL, SSA, DOCSIS, IEEE 802.14 und IEEE 802.11. Außerdem kann diese Unterkomponente 100A Formattypen von Datenpaketen verschiedener Größen umsetzen, sodass die Anzahl der Sendepläne über das Netz gemeinsam genutzter Medien von der Anzahl der Sendepläne über das Punkt-zu-Punkt-Netz in der synchronen virtuellen Pipe (SVP) verschieden sein kann. Genauer setzt die Unterkomponente 100A mittels einer vordefinierten Planungstabelle dann, wenn es innerhalb eines Zeitzyklus und eines Superzyklus (1) eine erste Anzahl von Plänen für die Sendung von Datenpaketen des ersten Formattyps und (2) eine zweite Anzahl von Plänen für die Sendung von Datenpaketen des zweiten Formattyps gibt, mittels einer vordefinierten Planungstabelle (1) die erste Anzahl von Plänen in die zweite Anzahl von Plänen und (2) die zweite Anzahl von Plänen in die erste Anzahl von Plänen um.
  • Der SMATM besitzt eine Unterkomponente 100B zum Regulieren des Datenpaketflusses zu und von dem Netz gemeinsam genutzter Medien unter Verwendung einer Planungssteuereinheit und eines Sendepuffers 100B; diese Komponente ist wie die zuvor beschriebene Komponente 45 in 10 realisiert. Die Unterkomponente 100B verwendet vier Parameter: (1) Die Pipe-ID (PID), (2) den Zeitstempel in dem Datenpaketanfangsblock, (3) die gemeinsame Zeitreferenz und (4) die Ankunftszeit (TOA), die durch den SMATM an den ankommenden Datenpaketen von dem Netz gemeinsam genutzter Medien und vom SVP angebracht wird. Die Unterkomponente 100B weist unter Verwendung dieser Parameter ausgewählte vordefinierte Zeitrahmen zu, um die Datenpakete synchron über die synchrone virtuelle Pipe und das Netz gemeinsam genutzter Medien zu senden.
  • Gleichzeitig anhand der beiden 17 und 20 zeigt 20 das Protokoll, das in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Aufbau eines Plans periodischer Sendungen von einer Endstation 300 zu dem Zugriffszeitmanager 100 für die nachfolgende Weiterleitung einer synchronen virtuellen Pipe 41 verwendet wird. Die Endstation 300, die als ein Zugriffszeit-Antwortsender arbeitet, gibt an den Zugriffszeitmanager 100 eine Anforderung 1a aus. Die Anforderung 1a beschreibt das Wesen der zu sendenden Daten und das Ziel, was ermöglicht, dass der Zugriffszeitmanager 100 bestimmt, welche Parameter (z. B. Periodizität, reservierte Zeitrahmen usw.) zur Erfüllung der Anforderung geplant werden müssen.
  • Bei der Bestimmung eines zur Erfüllung der Anforderung 1a geeigneten Plans gibt der Zugriffszeitmanager an den Zugriffszeit-Antwortsender eine Antwort 2b aus, die für die entsprechende Endstation die Parameter (z. B. Periodizität, reservierte Zeitrahmen usw.) beschreibt, die für ihre Verwendung reserviert worden sind. Diese Parameter werden über das Netz 200 gemeinsam genutzter Medien in Bezug auf eine gemeinsame Zeitreferenz (CTR) 002 ausgegeben, die von allen Endstationen 300 und von dem Zugriffszeitmanager 100 gemeinsam genutzt wird.
  • Es wird angemerkt, dass die Anforderung 1a und die Antwort 2b in einer Ausführungsform während eines Zeitintervalls auftreten können, das durch den Zugriffszeitmanager spezifisch zur Verwendung bei der Verhandlung von Anforderungen geplant wird. In einer alternativen Ausführungsform können die Anforderung 1a und/oder die Antwort 2b während anderer Zeiten auftreten, wie sie etwa durch vorhandene Pläne zugelassen werden, die durch den Zugriffszeitmanager 100 für das Netz 200 gemeinsam genutzter Medien unterhalten werden.
  • Beim Empfang der Antwort 2b wird daraufhin zugelassen, dass der Endstations-Zugriffszeitantwortsender in den angegebenen Intervallen Datenpakete sendet, die an eine synchrone virtuelle Pipe weitergeleitet werden sollen. In dem veranschaulichten Beispiel ist der Zugriffszeit-Antwortsender so geplant worden, dass er zu den Zeiten 1c, 2c, 3c und 4c Datenpakete in dem Netz 200 gemeinsam genutzter Medien sendet. Der Zugriffszeitmanager 100 nimmt Datenpakete von dem Netz 200 gemeinsam genutzter Medien an und leitet daraufhin die entsprechenden Datenpakete über die synchrone virtuelle Pipe 41 in dieser Reihenfolge zu den Zeiten 1d, 2d, 3d und 4d weiter. Die Zeiten 1c, 2c, 3c, 4c, 1d, 2d, 3d und 4d sind alle in Bezug auf das gemeinsame Zeitreferenzsignal definiert. In einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung nimmt der Zugriffszeitmanager 100 Datenpakete von dem Netz 200 gemeinsam genutzter Medien in mehreren Teilen (z. B. einigen Kabelmodemprotokollen) an, setzt die mehreren Teile zu Datenpaketen zusammen und führt irgendeine andere für die Anforderung notwendige Verarbeitung aus und leitet die entsprechenden Datenpakete daraufhin über die synchrone virtuelle Pipe 41 weiter.
  • In einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung gibt es zwei verschiedene Datenpaketformate: eines über eine SVP (z. B. IP) und das andere über das Netz gemeinsam genutzter Medien. Die Datenpaketformate über die Netze gemeinsam genutzter Medien entsprechen dem spezifischen Protokoll der gemeinsam genutzten Medien. In diesen Fällen führt der Zugriffszeitmanager zusätzlich die notwendige Datenpaket-Formatumsetzung aus.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform liefert der Zugriffszeitmanager 100 eine Antwort 2b, die einen isochronen Kanal in dem Netz 200 gemeinsam genutzter Medien beschreibt. Ein isochroner Kanal ist ein solcher, der in einem gemeinsam genutzten Medium eine periodische reservierte Sendung von Daten sicherstellt. Die isochrone Periodizität kann einfach oder komplex sein. Die einfache isochrone Periodizität liefert gleichbleibende, regelmäßige Sendungen von Datengruppen der gleichen Größe. Die komplexe isochrone Periodizität ermöglicht in einem regelmäßigen Intervall unregelmäßige, aber definierte Sendungen mehr als einer Datengruppe unterschiedlicher Größe.
  • 25A ist eine Veranschaulichung der Datenanforderungen für einfache isochrone Periodizität. In diesem veranschaulichten Beispiel werden Daten in einer einzelnen, festen Menge in einem periodischen Intervall geliefert. Wieder anhand von 20 würde der Zugriffszeitmanager 100 in dem Beispiel aus 25A einfache isochrone periodische Sendungen zu den Zeiten 1c, 2c, 3c und 4c so planen, dass sie feste und gleiche Dauer haben, und somit für jede Sendung feste und gleiche Datenmengen planen.
  • 25B ist eine Veranschaulichung der Datenanforderungen für komplexe oder unregelmäßige isochrone Periodizität. In diesem veranschaulichten Beispiel werden die Daten in einem periodischen Intervall entsprechend einem sich wiederholendem Muster von I-Rahmen und P-Rahmen in zwei verschiedenen Mengen geliefert. Die Datenanforderungen, wie sie gezeigt sind, sind für komprimierte Videodatendaten sehr üblich. Wie in diesem Beispiel gezeigt ist, wiederholt sich das Muster aus einem I-Rahmen und aus mehreren P-Rahmen einmal pro Superzyklus, obgleich sich das Muster in der Praxis in einem anderen Intervall wiederholen kann. Die Menge der Daten, die für einen I-Rahmen erforderlich sind, ist wesentlich höher als die Menge der Daten, die für jeden der P-Rahmen erforderlich sind. Im Ergebnis hat dieses Datensendungsmuster eine komplexe isochrone Periodizität, die in einigen Intervallen (d. h. in dem I-Rahmen in jedem Superzyklus) überdurchschnittliche Datenmengen erfordert und in häufigeren Intervallen (d. h. in der Mehrzahl der P-Rahmen in jedem Superzyklus) durchschnittliche Datenmengen erfordert. Wieder anhand von 20 würde der Zugriffszeitmanager 100 in dem Beispiel aus 25B komplexe isochrone periodische Sendungen in der Weise planen, dass die zur Zeit 1c in dem Netz 200 gemeinsam genutzter Medien zugeordnete Sendezeit größer wäre als die zu den Zeiten 2c, 3c und 4c in dem Netz gemeinsam genutzter Medien zugeordnete Sendezeit.
  • Das Folgende ist ein einfaches Zahlenbeispiel für die Planung komplexer Periodizität bei komprimierten Videoquellen wie etwa MPEG (wobei die Vertrautheit damit im Folgenden angenommen wird) auf folgende Weise:
    Die Videorahmenrate sei 20 Videorahmen pro Sekunde oder alle 50 ms.
    Tf sei 1 ms.
    Es sei k = 50 und der Zeitzyklus sei 50 ms.
    Die Größe jedes I-Videorahmens sei auf 100 kBytes begrenzt und die Größe der P-Videorahmen sei auf 10 kBytes begrenzt.
    Es wird angenommen, dass auf einen I-Videorahmen fünf P-Videorahmen folgen.
    Erzeuge nachfolgend einen Superzyklus von 6 Zeitzyklen, wobei jeder Zeitzyklus 50 Zeitrahmen besitzt.
  • Die Weiterleitung komplexer Periodizität kann auf folgende Weise geschehen:
    • Schritt 1: Der Videostrom wird in zwei 2 kByte-Datenpakete geteilt.
    • Schritt 2: Der 1-Videorahmen wird in 50 Pakete geteilt, die im Zeitzyklus Nummer eins in 50 vordefinierten Zeitrahmen gesendet werden.
    • Schritt 3: Jeder der P-Videorahmen wird in jedem der folgenden 5 Zeitzyklen in 5 vordefinierten Zeitrahmen gesendet.
    • Schritt 4: GOTO Schritt 1 und wiederhole das Sechs-Zeiten-Zyklenmuster.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liefert der Zugriffszeitmanager 100 außer der Plannachrichtenantwort 2b spezifische TICK-Signale, in 20 1t, 2t, 3t, 4t, die die spezifische Sendezeit durch die Endstation (beim Zugriffszeit-Antwortsender) angeben. Folglich erfolgt die Sendung 1c, 2c, 3c, und 4d, wie in 20 gezeigt ist, in dieser Reihenfolge in Reaktion auf die TICK-Signale 1t, 2t, 3t und 4t. In einer solchen Ausführungsform wird der isochrone Kanal über das Netz 200 gemeinsam genutzter Medien tatsächlich durch den Zugriffszeitmanager 100 erzeugt. Der isochrone Kanal ist wieder einer, der in einem Netz gemeinsam genutzter Medien eine periodische reservierte Sendung von Daten entweder mit einfacher oder mit komplexer Periodizität sicherstellt.
  • Gleichzeitig anhand der beiden 17 und 21 zeigt 21 das Protokoll, das in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Aufbau eines Plans periodischer Sendungen von einer synchronen virtuellen Pipe 41 zu einer Endstation 300 über den Zugriftszeitmanager 100 verwendet wird. Die Endstation 300, die als ein Zugriffszeit-Antwortsender arbeitet, gibt an den Zugriffszeitmanager 100 eine Anforderung 1g aus. Die Anforderung 1g beschreibt das Wesen der zu empfangenden Daten und die Quelle, was ermöglicht, dass der Zugriffszeitmanager 100 bestimmt, welche Parameter (z. B. Periodizität, reservierte Zeitrahmen usw.) geplant werden müssen, um die Anforderung zu erfüllen.
  • Bei Bestimmung eines für die Erfüllung der Anforderung 1g geeigneten Plans gibt der Zugriffszeitmanager an den Zugriffszeit-Antwortsender eine Antwort 2h aus, die für die entsprechende Endstation die Parameter (z. B. Periodizität, reservierte Zeitrahmen usw.) beschreibt, die für die jeweilige Quelle reserviert worden sind. Diese Parameter werden in Bezug auf eine gemeinsame Zeitreferenz (CTR) 002 ausgegeben, die von allen Endstationen 300 und von dem Zugriffszeitmanager 100 über das Netz 200 gemeinsam genutzter Medien gemeinsam genutzt wird.
  • Es wird angemerkt, dass die Anforderung 1g und die Antwort 2h in einer Ausführungsform während eines Zeitintervalls auftreten können, das durch den Zugriffszeitmanager speziell zur Verwendung beim Aushandeln von Anforderungen geplant wird. In einer alternativen Ausführungsform können die Anforderung 1g und/oder die Antwort 2h während anderer Zeiten auftreten, wie sie etwa durch die vorhandenen Pläne, die durch den Zugriffszeitmanager 100 für das Netz 200 gemeinsam genutzter Medien unterhalten werden, zugelassen werden.
  • Beim Empfang der Antwort 2h reagiert der Endstations-Zugriffszeit-Antwortsender daraufhin, um in den angegebenen Intervallen Daten zu empfangen, die von der synchronen virtuellen Pipe 41 über den Zugriffszeitmanager 100 weitergeleitet werden. In dem veranschaulichten Beispiel ist der Zugriffszeit-Antwortsender so geplant worden, dass er zu den Zeiten 1f, 2f, 3f und 4f in dem Netz 200 gemeinsam genutzter Medien Daten empfängt. Der Zugriffszeitmanager 100 nimmt zu den Zeiten 1e, 2e, 3e und 4e die Datenpakete von der synchronen virtuellen Pipe 41 an, trennt die Daten von jenen akzeptierten Datenpaketen und/oder führt irgendeine andere Verarbeitung aus, wie sie zur Unterstützung der Anforderung notwendig ist, und leitet die entsprechenden Daten über das Netz 200 gemeinsam genutzter Medien in dieser Reihenfolge zu den Zeiten 1f, 2f, 3f und 4f an den Endstations-Zugriffszeit-Antwortsender weiter. Die Zeiten 1e, 2e, 3e, 4e, 1f, 2f, 3f und 4f sind alle in Bezug auf das gemeinsame Zeitreferenzsignal definiert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform liefert der Zugriffszeitmanager 100 eine Antwort 2h, die einen isochronen Kanal in dem Netz 200 gemeinsam genutzter Medien beschreibt. Ein isochroner Kanal ist einer, der die periodische reservierte Sendung von Daten in gemeinsam genutzten Medien sicherstellt. Die isochrone Periodizität kann einfach oder komplex sein.
  • Wieder anhand von 25A in Bezug auf 20 würde der Zugriffszeitmanager 100 in dem Beispiel aus 25A einfache isochrone periodische Sendungen zu den Zeiten 1f, 2f, 3f und 4f so planen, dass sie eine feste und gleiche Dauer haben, und somit für jede Sendung feste und gleiche Datenmengen planen.
  • Wieder anhand von 25B in Bezug auf 20 würde der Zugriffszeitmanager 100 in dem Beispiel aus 25B komplexe isochrone, periodische Sendungen in der Weise planen, dass die in dem Netz 200 gemeinsam genutzter Medien zugewiesene Sendezeit zur Zeit 1f größer als die in dem Netz gemeinsam genutzter Medien zu den Zeiten 2f, 3f und 4f zugeordnete Sendezeit ist.
  • 22A ist eine Veranschaulichung der Typen und der Organisation der Daten, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in den Anforderungsnachrichten enthalten sind. Genauer veranschaulicht sie das Format der Anforderungen 1a aus 20 und 1g aus 21. Die wie gezeigte Beispielanforderung enthält Felder, die die Senderkennung, die Vorrichtungskennung, den Vorrichtungstyp, die Betriebsmittelbeschreibung und die Anforderungsbeschreibung angeben. Die Senderkennung kann verwendet werden, um zu identifizieren, welche der Mehrzahl von Endstationen 300 die Anforderung stellt. Die Vorrichtungskennung kann verwendet werden, um innerhalb des Zugriffszeit-Antwortsenders eine Unteradressierung bereitzustellen und somit bei der ausgewählten Endstation eine Mehrzahl ortsgleicher Vorrichtungen zu unterstützen. Der Vorrichtungstyp und die Anforderungsbeschreibung liefern weitere Informationen über die Quelle und/oder das Ziel und den angeforderten Plan der Datenübertragung einschließlich, aber nicht beschränkt auf, der Gesamtdauer der Übertragung, der Gesamtgröße der Übertragung, der zulässigen Schaltebene der Übertragung, einer Angabe, ob erwartet wird, dass die Daten dem Wesen nach diskontinuierlich sind, der Anforderungen des Spitzenwerts, des Durchschnittswerts und der niedrigsten Datenrate, der Periodizität der Daten und einer Angabe, ob erweiterte Anforderungsinformationen geliefert werden. Erweiterte Anforderungsinformationen können verwendet werden, um die angeforderte Datenübertragung über die in 22A angegebenen Felder hinaus weiter ausführlich zu schildern und zu beschreiben.
  • 22B ist eine Veranschaulichung der Typen und der Organisation der Daten, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in den Plannachrichten enthalten sind. Genauer veranschaulicht sie das Format der Planantworten 2b aus 20 und 2h aus 21. Die wie gezeigte Beispielanforderung enthält Felder, die die Senderkennung, die Vorrichtungskennung, den Vorrichtungstyp und die Planbeschreibung angeben. Die Senderkennung, die Vorrichtungskennung und der Vorrichtungstyp gleichen den entsprechenden wie oben beschriebenen Einträgen in den Anforderungen 1a bzw. 1g. Die Planbeschreibung enthält, ist aber nicht beschränkt auf, ausführliche Informationen hinsichtlich der Zeitrahmen und der Sendedauern, die reserviert worden sind, um die durch den Zugriffszeit-Antwortsender gestellte Anforderung zu unterstützen. Auf die Sendedauern kann hinsichtlich der übertragenen Bytes Bezug genommen werden. Alternativ kann auf die Sendedauern hinsichtlich der Zeitrahmen, der Bruchteile von Zeitrahmen, der absoluten Zeitdauer usw. Bezug genommen werden. In jeder Alternative liefern die in der wie in 22B gezeigten Plannachricht enthaltenen Informationen für den Zugriffszeit-Antwortsender Informationen in Bezug darauf, welche Zeitintervalle in dem Netz 200 gemeinsam genutzter Medien für ihre ausschließliche Verwendung zur Unterstützung der Anforderung zur Verfügung stehen. In dem in 22B gezeigten Beispiel enthält die Planantwort eine Reihe 1 ... k von Planmengen, wobei jede Planmenge eine Angabe eines spezifischen Zeitrahmens (z. B. t1, t2, t3, ..., tk) innerhalb eines Zyklus oder eines Superzyklus zusammen mit einer Angabe der Anzahl der Bytes (z. B. s1, s2, s3, ... sk), die innerhalb dieses Zeitrahmens übertragen werden, umfasst.
  • 23 ist ein Zeitablaufplan, der die Ende-zu-Ende-Synchronisation innerhalb einer synchronen virtuellen Pipe veranschaulicht, wie sie durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird. In dem wie in 23 gezeigten spezifischen Beispiel ist ein Videorahmen gezeigt, der synchron mit einer gemeinsamen Zeitreferenz (z. B. der UTC vom GPS) vom Ende zum Ende übertragen werden soll, wobei 23 aber selbstverständlich nur ein Beispiel ist und die Erfindung nicht auf die synchronisierte Ende-zu-Ende-Übertragung von Videorahmen beschränkt ist. Wie in 23 gezeigt ist, befindet sich die Endstation Sender in einem ersten Netz gemeinsam genutzter Medien. Die Endstation Sender erfasst zur Zeit 1a einen Videorahmen und stellt irgendeine Verarbeitung bereit, die erforderlich ist, um den Videorahmen in eine für die direkte digitale Übertragung über ein synchrones digitales Netz geeignete Form umzusetzen. Die Einzelheiten einer solchen Verarbeitung sind im Gebiet gut bekannt und liegen außerhalb der Neuheit der vorliegenden Erfindung und werden hier somit nicht ausführlich beschrieben.
  • Daraufhin sendet die Endstation Sender die Daten, die den Videorahmen repräsentieren, im Zeitrahmen 1b an den Knoten B des Netzes gemeinsam genutzter Medien. Die Sendung vom Sender zum Knoten B wird durch Wechselwirkung zwischen Sender und Knoten B wie in
  • 20 gezeigt und oben diskutiert a priori geplant. Die Daten, die die Sendung 1b bilden, werden innerhalb des Knotens B des Netzes gemeinsam genutzter Medien zu einem oder zu mehreren zugeordneten Datenpaketen zusammengesetzt.
  • Der Knoten B des Netzes gemeinsam genutzter Medien leitet das Datenpaket bzw. die Datenpakete im Zeitrahmen 1c über die synchrone virtuelle Pipe, die den Knoten B mit dem Knoten C des Netzes gemeinsam genutzter Medien verbindet, weiter. Die Sendung vom Knoten B zum Knoten C wird durch Wechselwirkung zwischen dem Knoten B und dem Knoten C als Teil der Operation des Aufbaus einer synchronen virtuellen Pipe, die außerhalb der Neuheit der vorliegenden Erfindung liegt und hier somit nicht ausführlich beschrieben wird, a priori geplant. Es wird angemerkt, dass eine synchrone virtuelle Pipe, wie in 3 gezeigt ist, einen Weg überspannen kann, der eine Mehrzahl miteinander verbundener SVP-Vermittlungen 10 (z. B. A, B, C, D) enthält.
  • Daraufhin leitet der Knoten C des Netzes gemeinsam genutzter Medien C die Daten, die in dem im Zeitrahmen 1c vom Knoten C des Netzes gemeinsam genutzter Medien empfangenen Datenpaket bzw. in den von ihm empfangenen Datenpaketen enthalten sind, im Zeitrahmen 1d zur Endstation Empfänger. Die Sendung vom Knoten C des Netzes gemeinsam genutzter Medien zur Endstation Empfänger wird durch Wechselwirkung zwischen dem Knoten C und der Endstation Empfänger wie in 21 gezeigt und oben diskutiert a priori geplant. Zur Zeit 1e nimmt die Endstation Empfänger den Videorahmen an und stellt irgendeine Verarbeitung bereit, die erforderlich ist, um die Videorahmendaten in eine für die Anzeige geeignete Form umzusetzen. Die Einzelheiten dieser Verarbeitung sind im Gebiet gut bekannt und liegen außerhalb der Neuheit der vorliegenden Erfindung und werden hier somit nicht ausführlich beschrieben.
  • Wie in 23 gezeigt ist, können zu irgendeiner gegebenen Zeit eine Mehrzahl individueller Ende-zu-Ende-Sendungen im Gang sein. In dem veranschaulichten Beispiel kann die Endstation Sender während des Zeitzyklus, der den Zeitrahmen 1d enthält, im Zeitrahmen 2a einen zweiten Videorahmen verarbeiten und somit den verarbeiteten zweiten Videorahmen im Zeitrahmen 2b an den Knoten B des Netzes gemeinsam genutzter Medien weitergeben. Die vorliegende Erfindung unterstützt den gleichzeitigen synchronen Pipeline-Betrieb, sodass z. B. die Zeitrahmen 2b und 1d dieselben Zeitrahmennummern repräsentieren können. Selbstverständlich können gemäß den Planungsbeschränkungen wegen der verfügbaren Bandbreite, die a priori natürlich bekannt ist, zur gleichen Zeit irgendeine Anzahl gleichzeitiger Ende-zu-Ende-Übertragungen laufen. Da die Planungen a priori festgesetzt werden, ist der angegebene Pipeline-Ende-zu-Ende-Betrieb ferner selbstverständlich frei von den Problemen, die im Stand der Technik hinsichtlich Stauung und Jitter inhärent sind.
  • 24A ist ein schematischer Blockschaltplan einer Ende-zu-Ende-Kommunikation, die das Netz gemeinsam genutzter Medien der vorliegenden Erfindung nutzt und somit einen weiteren Aspekt der wie in 23 gezeigten und oben beschriebenen Ende-zu-Ende-Kommunikation ausführlich beschreibt. In 24A sind Übertragungsstrecken 301 von einer Mehrzahl von Endstationen 300 (nicht gezeigt) mit dem Netz 200 gemeinsam genutzter Medien gekoppelt. Das Netz 200 gemeinsam genutzter Medien ist über eine Übertragungsstrecke 101 mit dem Zugriffszeitmanager 100 gekoppelt, der einen Teil des Netzes B gemeinsam genutzter Medien der vorliegenden Erfindung umfasst. Zusätzlich umfasst das Netz B gemeinsam genutzter Medien eine SVP-Vermittlung 10, die ferner zusätzlich einen Ausgangsport 40 umfasst. Das Netz B gemeinsam genutzter Medien ist über eine synchrone virtuelle Pipe 25 mittels irgendeiner Anzahl von Zwischen-SVP-Vermittlungen (z. B. C) und Übertragungsstrecken 41 mit einem Eingangsport 30 des Netzes D gemeinsam genutzter Medien verknüpft. Es wird angemerkt, dass, wie in 3 gezeigt ist und zuvor beschrieben wurde, eine synchrone virtuelle Pipe 25 einen Weg überspannen kann, der eine Mehrzahl miteinander verbundener SVP-Vermittlungen 10 enthält.
  • 24B ist ein Zeitablaufplan, der die rechtzeitige Sendung von Daten in dem in 24A gezeigten Kommunikationsweg zeigt, wobei die Zeitachse wie gezeigt nach unten gerichtet ist. Zu den Zeiten 1V/P, 2V/P und 3V/P werden Videorahmen erfasst und die Daten, die die Videorahmen repräsentieren, wie in der Figur gezeigt ist, über das Netz 200 gemeinsam genutzter Medien zu dem Netz B gemeinsam genutzter Medien transportiert. Die Zeiten 1V/P, 2V/P und 3V/P werden unter Verwendung des wie in 20 gezeigten und oben diskutierten Protokolls im Voraus geplant. Daraufhin werden Datenpakete, die Daten enthalten, die die Videorahmen repräsentieren, zu den (in dieser Reihenfolge) geplanten Zeiten 1BCD, 2BCD und 3BCD über die synchrone virtuelle Pipe 25 zu dem Netz D gemeinsam genutzter Medien weitergegeben. Daraufhin werden die Daten, die Videorahmen repräsentieren, während der Zeiten 1P/V, 2P/V und (nicht gezeigt) 3P/V in dieser Reihenfolge zu einer Endstation weitergegeben, die mit einem der Netze gemeinsam genutzter Medien verbunden ist, die über das Netz D gemeinsam genutzter Medien verfügbar sind.
  • PAKETTELEPHONIEPLANUNG MIT VERSCHIEDENEN ZEITINTERVALLEN
  • 26 ist eine schematische Beschreibung eines VolP-Gateways (VolP-GWs) mit Streaming digitaler Abtastwerte, in dem in seiner Paketierungsuntersystem-Steuereinheit 81 die folgenden Funktionen ausgeführt werden: (1) Paketierung (Zusammensetzung digitaler Abtastwerte zu Datenpaketen) und Depaketierung (Trennung digitaler Abtastwerte von Datenpaketen), (2) Echokompensation und (3) Kompression und Dekompression. Die Steuereinheit 81 ist aus einer Zentraleinheit (CPU), aus einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) zum Speichern der Datenpakete und digitalen Abtastwerte, aus einem Nur-Lese-Speicher (ROM) zum Speichern des Steuereinheits-Verarbeitungsprogramms und aus einer Tabelle mit Weiterleitungs- und Betriebsparametern konstruiert. Die Paketierungsuntersystem-Steuereinheit 81 ist mit einer Vermittlung 10 der synchronen virtuellen Pipe (SVP) gekoppelt. Außerdem ist die Steuereinheit 81 über Eingangsübertragungsstrecken 82 digitaler Abtastwerte und über Ausgangsübertragungsstrecken 83 digitaler Abtastwerte mit externen Sprach-, Video- und anderen Vorrichtungen (nicht gezeigt) gekoppelt.
  • Die SVP-Vermittlung 10 aus 26 ist außerdem mittels einer Kombination von Eingangs-/Ausgangsports 30/40 mit einer oder mit mehreren synchronen virtuellen Pipes 41 gekoppelt. Die synchronen virtuellen Pipes 41 können innerhalb eines IP-Netzes realisiert sein.
  • Ferner umfasst die SVP-Vermittlung 10 aus 26 einen GPS-Empfänger 20, der über ein gemeinsames Zeitreferenzsignal (CTR-Signal) 002 mit jedem der Eingangs-/Ausgangsports 30/40 verknüpft ist. Auf diese Weise wird an jeden der Eingangsports und an jeden der Ausgangsports in der SVP-Vermittlung 10 eine gemeinsame Zeitreferenz geliefert. Wie in der Figur gezeigt ist, ist das CTR-Signal 002 ebenfalls mit der Steuereinheit 81 gekoppelt.
  • 27 ist ein schematischer Blockschaltplan einer Schnittstelle einer synchronen virtuellen Pipe mit einem VolP-Gateway, wie sie durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird, die eine Einzelheit einer alternativen Ausführungsform veranschaulicht. In dieser Ausführungsform umfasst die SVP-Vermittlung 10 zusätzlich eine Switch Fabric 50, die mit einem oder mit mehreren Eingangsports 30 und mit einem oder mit mehreren Ausgangsports 40 gekoppelt ist. Jeder der Eingangsports 30 ist wie in 7 gezeigt über Übertragungsstrecken 37 mit der Switch Fabric 50 gekoppelt. Jeder der Ausgangsports 40 ist, wie in 9 gezeigt ist, über Übertragungsstrecken 51 mit der Switching Fabric 50 gekoppelt. Die Switch Fabric ist inhärent mit der Steuereinheit 81 gekoppelt und integriert (nicht gezeigt). Jedes Paar eines Eingangsports 30 bzw. eines Ausgangsports 40 umfasst einen Eingangs-/Ausgangsport 30/40. Wie in 27 gezeigt ist, ist das gemeinsame Zeitreferenzsignal (CTR-Signal) 002 mit jedem Eingangsport 30, mit jedem Ausgangsport 40 und mit der Steuereinheit 81 gekoppelt. Die Steuereinheit 81 ist außerdem über Eingangsübertragungsstrecken 82 digitaler Abtastwerte und über Ausgangsübertragungsstrecken 83 digitaler Abtastwerte mit externen Sprachvorrichtungen (nicht gezeigt) gekoppelt.
  • In einer abermals weiteren alternativen Ausführungsform kann der Betrieb der Sammlung und Zusammensetzung von Datenpaketen zusätzlich das Verfahren der Datenkompression umfassen, wobei die digitalen Abtastwerte komprimiert werden, um die Datenpaketbandbreite weiter zu verringern oder um die erforderliche Datenpaketgröße zu verringern. In einigen Fällen wird die Kompressionsoperation an einer Gruppe eines Blocks digitaler Abtastwerte mit einer vordefinierten Größe oder Dauer ausgeführt. Falls die Daten visuellen Ursprungs (z. B. Videosignale) sind, kann die Kompressionsoperation an einer Gruppe eines Blocks digitaler Abtastwerte innerhalb eines vordefinierten Bildbereichs, einer vordefinierten Größe oder einer vordefinierten Dauer ausgeführt werden.
  • Wie in 28 gezeigt ist, wird das Datenpaket daraufhin während eines vordefinierten Zeitrahmens über die SVP-Vermittlung 10 zu einer synchronen virtuellen Pipe gesendet 1b. In dem veranschaulichten Beispiel wird die Menge digitaler Abtastwerte, die zu einem Datenpaket zusammengesetzt werden, beginnend im Zeitrahmen 1 des Zeitzyklus 1 gesendet 1b. Die Sendung 1b findet gleichzeitig mit dem Beginn der Operation der Sammlung und Zusammensetzung des Datenpakets 2a statt, wobei sich der Prozess für nachfolgende Zeitzyklen in der Zeit wiederholt.
  • 28 zeigt die Zeitgebung der regelmäßigen Sammlung und Zusammensetzung von Datenpaketen und der praktisch sofortigen Sendung des Datenpakets digitaler Abtastwerte der vorliegenden Erfindung. Die Datenpakete werden innerhalb reservierter Zeitrahmen für die sofortige Sendung geplant, sodass eine Stauung und eine Leitweglenkungs-Latenzzeit innerhalb des auslösenden VolP-Gateways in der vorliegenden Erfindung beseitigt sind.
  • 29 ist ein Zeitablaufplan, der den Empfang, die Trennung digitaler Abtastwerte von den Datenpaketen und die andere Verarbeitung von Datenpaketen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Steuereinheit 81 reagiert auf den Empfang von Datenpaketen, die digitale Abtastwerte von einer synchronen virtuellen Pipe umfassen. Die Datenpakete kommen in einem vordefinierten Zeitrahmen in jedem Zeitzyklus, der in dem veranschaulichten Beispiel der Zeitrahmen 2 ist, regelmäßig an 1d. Die Trennung 1e digitaler Abtastwerte von den Datenpaketen wird in dem VolP-Gateway der vorliegenden Erfindung geplant, um die digitalen Abtastwerte sofort von dem Datenpaket zu trennen und somit eine Ausgabe digitaler Abtastwerte zu liefern. Die Ausgabe digitaler Abtastwerte wird daraufhin an eine externe Vorrichtung weitergegeben, die in der bevorzugten Ausführungsform für ein analoges Telephon ein Digital/Analog-Umsetzer ist.
  • Die Regelmäßigkeit der Ankunft von Datenpaketen in demselben Zeitrahmen jedes Zeitzyklus sichert den ununterbrochenen Empfang von Paketen digitaler Abtastwerte, der wiederum den ununterbrochenen Empfang digitaler Abtastwerte bei dem Digital/Analog-Umsetzer sichert. Der in den Empfangsdatenpaket-Ankunftszeiten vorhandene Jitter wird durch die gemeinsame Zeitreferenz so gesteuert, dass er sehr klein und gut beschränkt ist. Da geplant werden kann, dass die Trennung digitaler Abtastwerte von einem Datenpaket auftritt, sobald das Datenpaket bei dem VolP-Gateway ankommt, werden die Wirkungen der Latenzzeit auf die Datenpakete minimiert.
  • Weiter können die Operation des Sammelns und Zusammensetzens digitaler Abtastwerte zu Datenpaketen zur Unterstützung der Fernsprechverbindung zusätzlich eine Echokompensationsoperation umfassen, in der Kopien der digitalen Abtastwerte lokal in einem Puffer gespeichert werden und daraufhin beim Vergleich mit empfangenen digitalen Abtastwerten verwendet werden. Im Ergebnis des Vergleichs kann ein Echokompensationssignal erzeugt werden, um das Echo, das dadurch verursacht wird, dass die gesendeten digitalen Abtastwerte durch die Sprachausrüstung am fernen Ende abgeschwächt und zu dem Sender zurückgegeben werden, zu beseitigen oder zu verringern.
  • Der wie beschriebene Echokompensationsprozess ist gegenüber dem gesamten Stand der Technik eine Verbesserung dahingehend, dass es, da beide Enden auf dem gemeinsamen Zeitreferenz-CTR-Signal 002 beruhen und alle weiteren Durchgangsverzögerungen und aller weitere Jitter in dem System a priori bekannt oder gut beschränkt sind, möglich ist, die gespeicherten Abtastwerte in der Zeit sehr genau mit den wiedergewonnenen Abtastwerten zu synchronisieren.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mehrere Fernsprechverbindungen über geplante Datenpakete über eine synchrone virtuelle Pipe zu übertragen. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung plant die Zusammensetzung einer Mehrzahl digitaler Abtastwertströme zu Datenpaketen in Abstimmung mit der gemeinsamen Zeitreferenz in der Weise, dass ein Datenpaket innerhalb eines geplanten jeweiligen Zeitrahmens für alle zugeordneten Zeitzyklen abgeschlossen und für die Sendung vorbereitet wird.
  • Diese Planung wird dadurch ausgeführt, dass eine vordefinierte und bekannte Zeitdauer genommen wird, die die Zusammensetzung eines Datenpakets dauert, und diese von dem geplanten Zeitrahmen subtrahiert wird. Falls die Zusammensetzung digitaler Abtastwerte zu einem Datenpaket bei der geplanten Startzeit startet, wird sie gerade rechtzeitig für die Sendung in dem geplanten Zeitrahmen über die synchrone virtuelle Pipe abgeschlossen. Es ist klar, dass diese Planung die Latenzzeit, die durch jedes Datenpaket zugezogen wird, auf die minimal mögliche verringert; und dass der Jitter der Ankunftszeiten der Datenpakete bei ihrem Ziel gut definiert und auf einen kleinen Wert beschränkt wird, da die Datenpakete durch eine synchrone virtuelle Pipe übermittelt werden. Tatsächlich kann der Jitter auf den Zeitgebungsfehler verringert werden, der dem Taktsignal vom GPS zugeordnet ist und der unter einer Mikrosekunde gehalten werden kann. Sowohl die minimale Latenzzeit als auch der minimale Jitter sind Anforderungen für die Übermittlung von Fernsprechverbindungen und anderer Audio-, visueller und audiovisueller Echtzeitströme über Datenpakete.
  • Die geplante Zusammensetzung nimmt die digitalen Abtastwerte von mehreren digitalen Abtastwertströmen und sammelt sie und setzt sie zu einem Datenpaket zusammen. Somit kann das Datenpaket einen Bruchteil oder eine Mehrzahl gleichzeitig stattfindender Fernsprechverbindungen oder anderer Typen von Echtzeitströmen enthalten. Daraufhin kann das Datenpaket über eine synchrone virtuelle Pipe zu seinem Ziel geleitet werden. Das Verfahren des Kombinierens mehrerer Fernsprechverbindungen miteinander zu einem Datenpaket schafft eine Verringerung des Aufwands der Organisationsdaten, die dem Senden jedes Telephongesprächs zugeordnet sind, da die Organisationsdaten der Sammlung, Zusammensetzung zu Datenpaketen und Leitweglenkung dann unter allen Fernsprechverbindungen, die innerhalb desselben Datenpakets übermittelt werden, gemeinsam genutzt werden. Diese Kombination ist wegen der niedrigen Datenratenanforderungen, die der Sprachfernsprechverbindung zugeordnet sind, hauptsächlich für Fernsprechverbindungen praktisch. In einer Ausführungsform sind die Organisationsdaten, die dem Senden eines Datenpakets zugeordnet sind, mit 40 Bytes festgesetzt. In dieser Ausführungsform könnte die Sammlung von zehn ankommenden Sprachströmen zu Datenpaketen zusammengesetzt und zusammen geleitet werden, sodass die effektiven Organisationsdaten für irgendeinen Strom digitaler Abtastwerte auf 4 Bytes verringert wird, oder könnte alternativ die der Sammlung und Zusammensetzung digitaler Abtastwerte zu Datenpaketen zugeordnete Verzögerung verringert werden.
  • 30 ist ein Zeitablaufplan, der die Multiplexierung mehrerer Echtzeitströme (z. B. Telephonanrufe) zu einem Datenpaket in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Steuereinheit 81 reagiert auf den Empfang mehrerer Ströme digitaler Abtastwerte und sammelt die Abtastwerte über die Zeit und setzt sie zu einem Datenpaket zusammen. In der beispielhaften Zeitgebung aus 30 ist gezeigt, dass die Sammlung und Zusammensetzung digitaler Abtastwerte 1a, 1a', 1a'' zu einem Datenpaket innerhalb des Zeitrahmens 1 des Zeitzyklus 0 beginnt. Wie gezeigt ist, kann die Sammlung und Zusammensetzung eines Datenpakets innerhalb eines Intervalls abgeschlossen werden, das kleiner oder gleich der Dauer eines Zeitzyklus ist, sodass Wiederholungen des Prozesses, die für jeden Zeitzyklus in demselben relativen Zeitrahmen innerhalb der zugeordneten Zeitzyklen beginnen und enden, wiederholt werden. In der veranschaulichten beispielhaften Zeitgebung wird die Sammlung und Zusammensetzung digitaler Abtastwerte zu einem Datenpaket 1a 99 Zeitrahmen später, im Zeitrahmen 100 des Zeitzyklus 0, abgeschlossen.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann die Operation der Sammlung und Zusammensetzung digitaler Abtastwerte zu einem Datenpaket vor dem Zusammensetzen der digitalen Abtastwerte zu einem Datenpaket zusätzlich das Verfahren des Umsetzens analoger Sprachsignale in digitale Abtastwerte für einen oder für mehrere der Ströme digitaler Abtastwerte umfassen. In dieser alternativen Ausführungsform berücksichtigt die Planung ebenfalls die zusätzliche Zeit, die zum Empfangen der umgesetzten digitalen Abtastwerte von dem Analog/Digital-Umsetzer erforderlich ist.
  • Daraufhin wird das Datenpaket, das die digitalen Abtastwerteingaben 1a, 1a', 1a'' repräsentiert, während eines vordefinierten Zeitrahmens über die SVP-Vermittlung 10 an eine synchrone virtuelle Pipe gesendet 1b. In dem veranschaulichten Beispiel wird das Datenpaket der bei 1a zusammengesetzten digitalen Abtastwerte beginnend im Zeitrahmen 1 des Zeitzyklus 1 gesendet 1b. Die Sendung 1b findet gleichzeitig mit dem Beginn der Operation der Sammlung und Zusammensetzung digitaler Abtastwerte zu einem neuen Datenpaket neuer Abtastwerte 2a, 2a', 2a'' statt, wobei sich der Prozess rechtzeitig für nachfolgende Zeitzyklen wiederholt.
  • 31 ist ein Zeitablaufplan, der die Demultiplexierung von Datenpaketen zu mehreren Strömen (z. B. Telephonanrufen) in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Steuereinheit 81 reagiert auf den Empfang von Datenpaketen, die eine Mehrzahl von Strömen digitaler Abtastwerte von einer synchronen virtuellen Pipe umfassen. Die Datenpakete kommen in jedem Zeitzyklus regelmäßig in einem vordefinierten Zeitrahmen an 1d, der in dem veranschaulichten Beispiel der Zeitrahmen 3 ist. Die Trennung digitaler Abtastwerte von dem Datenpaket von Strömen von Abtastwerten 1e, 1e', 1e'' wird innerhalb des VolP-Gateways der vorliegenden Erfindung so geplant, dass eine sofortige Trennung des Datenpakets für jeden Ausgangsstrom geschaffen wird und somit eine Mehrzahl von Ausgaben digitaler Abtastwerte geliefert werden. Daraufhin wird jede Ausgabe digitaler Abtastwerte an eine externe Vorrichtung weitergegeben, die in der bevorzugten Ausführungsform Digital/Analog-Umsetzer sind, die z. B. ein herkömmliches analoges Telephon unterstützen. In einer alternativen Ausführungsform kann die externe Vorrichtung ein digitales Telephon, eine digitale Videoanzeige oder irgendeine andere Form einer digitalen Audio-, visuellen oder audiovisuellen Vorrichtung sein.
  • Die Regelmäßigkeit der Ankunft von Datenpaketen in demselben Zeitrahmen jedes Zeitzyklus sichert den ununterbrochenen Empfang von Paketen digitaler Abtastwerte, der wiederum den ununterbrochenen Empfang mehrerer Ströme digitaler Abtastwerte bei jedem der Digital/Analog-Umsetzer sichert. Der in den Empfangsdatenpaket-Ankunftszeiten vorhandene Jitter wird durch die gemeinsame Zeitreferenz so gesteuert, dass er sehr klein und gut beschränkt ist. Da geplant werden kann, dass die Trennung digitaler Abtastwerte von dem Datenpaket auftritt, sobald das Datenpaket bei dem VolP-Gateway ankommt, werden die Wirkungen der Latenzzeit auf die Datenpakete minimiert.
  • Wie in den 30-31 gezeigt ist, ermöglicht diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dass mehrere Fernsprechverbindungen über eine einzige synchrone virtuelle Pipe übermittelt werden. Eine oder mehrere Fernsprechverbindungen werden miteinander zu Datenpaketen zusammengesetzt und die jeweiligen Datenpakete werden in vordefinierten Zeitrahmen über eine synchrone virtuelle Pipe zu einem Ziel weitergeleitet, wo die digitalen Abtastwerte in den Datenpaketen getrennt und zu einem bzw. zu mehreren Fernsprechverbindungszielen gerichtet werden. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass Telephongespräche über synchrone virtuelle Pipes auf eine Amtsleitung geschaltet werden, um die der Zusammensetzung von Datenpaketen und der Übermittlung von Datenpaketen zugeordneten Organisationsdaten zu verringern. Diese Verringerung der Organisationsdaten ist im Ergebnis der für die Sprachfernsprechverbindungen erforderlichen verhältnismäßig niedrigen Datenrate praktisch.
  • Es ist klar, dass für eine einzelne Fernsprechverbindung mehrere Fernsprechverbindungen in Übereinstimmung mit der obigen Beschreibung unabhängig umgesetzt, gesammelt und zu Datenpaketen zusammengesetzt werden können, sodass jede der mehreren Fernsprechverbindungen zu einer entsprechenden jeweiligen Menge von Datenpaketen führt. Somit wird jedes der Datenpakete unabhängig geplant und über die synchrone virtuelle Pipe gesendet. Die Planung kann mehrere Datenpakete innerhalb eines oder mehrerer Zeitrahmen senden. Die unabhängige Zusammensetzung mehrerer Ströme von Sprachdaten zu mehreren Datenpaketen ist ein optionales Betriebsverfahren, wenn zugelassen wird, dass die Fernsprechverbindungen über die gleiche synchrone virtuelle Pipe zu einem ähnlichen Ziel laufen.
  • 32 veranschaulicht sowohl einen schematischen Blockschaltplan einer Ende-zu-Ende-VolP-Verbindung, die eine Realisierung einer auf einer Amtsleitung geschalteten Fernsprechverbindung zeigt, wie sie oben und in Bezug auf die 30-31 beschrieben wurde, und die außerdem einen zusammengesetzten Zeitablaufplan zeigt, der die Ende-zu-Ende-Zeitgebung zeigt, die die Zeitgebung des schematischen Blockschaltplans einer Ende-zu-Ende-VolP-Verbindung veranschaulicht. In der veranschaulichten Figur werden mehrere Ströme digitaler Abtastwerte über digitale Abtastwerteingaben 82 an die Steuereinheit 81 des VolP-Gateways A 80 übermittelt. Wie oben beschrieben wurde, umfasst das VolP-Gateway 80 zusätzlich einen Ausgangsport 40, der über eine Kommunikationsübertragungstrecke 41 mit null oder mehr SVP-Vermittlungen 10, z. B. B, C, gekoppelt ist. Die null oder mehr SVP-Vermittlungen 10 umfassen eine virtuelle Pipe 25, wobei jede der Vermittlungen 10 durch eine Übertragungsstrecke 41 mit der nächsten Vermittlung 10 in der virtuellen Pipe 25 gekoppelt ist.
  • Die virtuelle Pipe beginnt beim VolP-Gateway A 80 und endet beim VolP-Gateway D 80, das, wie oben beschrieben wurde, einen Eingangsport 30 und eine Steuereinheit 81 enthält. Die Steuereinheit 81 koppelt über Übertragungsstrecken 83 eine Mehrzahl abgehender Ströme digitaler Abtastwerte.
  • Der untere Teil von 32 veranschaulicht einen Zeitablaufplan des Betriebs der logischen Verbindung, wie sie oben in 32 gezeigt ist. Die Zeit schreitet in diesem Zeitablaufplan in der Richtung nach unten fort.
  • Wie in der Figur gezeigt ist, findet zu den Zeiten 1A/D, 2A/D und 3A/D die Umsetzung analoger Sprache in digitale Abtastwerte und die Zusammensetzung einiger digitaler Abtastwerte zu Datenpaketen statt. Diese Umsetzungs- und Zusammensetzungsoperationen werden so geplant, dass sie in einem vordefinierten Zeitrahmen einmal pro Zeitzyklus starten.
  • Die Datenpakete treten bei dem Ausgangsport 40 des VolP-Gateways A 80 der Reihe nach und einmal pro Zeitzyklus in einen vordefinierten Zeitrahmen in die synchrone virtuelle Pipe ein. Die Sendung der Datenpakete über die synchrone virtuelle Pipe wird so geplant, dass sie in einem vordefinierten Zeitrahmen einmal in jedem Zeitzyklus auftritt. Die tatsächlichen Sendezeiten der Datenpakete über die synchrone virtuelle Pipe sind in 32 als 1BCD, 2BCD und 3BCD gezeigt. Wegen des Wesens der synchronen virtuellen Pipe kommen die Datenpakete bei dem Eingangsport 30 des wie in 32 gezeigten Ziel-VolP-Gateways D 80 der Reihe nach und einmal pro Zeitzyklus in vordefinierten Zeitrahmen an.
  • Die Trennung digitaler Abtastwerte von den Datenpaketen und die Umsetzung digitaler Abtastwerte in analoge Sprache finden wie gezeigt während der Zeitintervalle 1D/A, 2D/A und 3D/A statt. Die getrennten digitalen Abtastwerte werden daraufhin gleichzeitig zu den richtigen digitalen Ausgangsübertragungsstrecken 83 geleitet.
  • 26 veranschaulicht die Struktur eines VolP-Gateways der vorliegenden Erfindung. Das VolP-Gateway 80 umfasst eine Steuereinheit 81, die mit einer SVP-Vermittlung 10 gekoppelt ist. Außerdem ist die Steuereinheit 81 über Eingangsübertragungsstrecken 82 digitaler Abtastwerte und Ausgangsübertragungsstrecken 83 digitaler Abtastwerte mit externen Sprachvorrichtungen (nicht gezeigt) gekoppelt.
  • 26 veranschaulicht die Struktur eines VolP-Gateways der vorliegenden Erfindung. Das VolP-Gateway 80 umfasst eine Steuereinheit 81, die mit einer SVP-Vermittlung 10 gekoppelt ist. Die Steuereinheit 81 ist außerdem über Eingangsübertragungsstrecken 82 digitaler Abtastwerte und über Ausgangsübertragungsstrecken 83 digitaler Abtastwerte mit externen Vorrichtungen (z. B. Sprachvorrichtungen) (nicht gezeigt) gekoppelt.
  • 33 ist ein schematischer Blockschaltplan der Zeitrahmen-Anrufmultiplexierung unter Verwendung der anfangsblocklosen zeitgestützten Leitweglenkung der vorliegenden Erfindung. Die linke Hälfte von 33 veranschaulicht die Struktur einer alternativen Ausführungsform des VolP-Gateways. Das VolP-Gateway 80 umfasst eine Steuereinheit 81, die mit einer SVP-Vermittlung 10 gekoppelt ist. Die Steuereinheit 81 ist außerdem über Eingangsübertragungsstrecken 82 digitaler Abtastwerte und Ausgangsübertragungsstrecken 83 digitaler Abtastwerte mit externen Sprachvorrichtungen (nicht gezeigt) gekoppelt. Die SVP- Vermittlung 10 aus 33 ist außerdem mittels einer Kombination von Eingangs-/Ausgangsports 30/40 mit einer oder mit mehreren synchronen virtuellen Pipes 41 gekoppelt.
  • Ferner umfasst die SVP-Vermittlung 10 aus 26 einen GPS-Empfänger 20, der über ein gemeinsames Zeitreferenzsignal (CTR-Signal) 002 mit jedem der Eingangs-/Ausgangsports 30/40 verknüpft ist. Auf diese Weise wird an jeden der Eingangsports und an jeden der Ausgangsports in der SVP-Vermittlung 10 eine gemeinsame Zeitreferenz geliefert. Das CTR-Signal 002 ist außerdem wie in der Figur gezeigt mit der Steuereinheit 81 gekoppelt.
  • Die rechte Hälfte von 33 veranschaulicht die Zeitgebung ausgewählter synchroner virtueller Pipes, die den Übertragungsstrecken 41 zugeordnet sind. In der alternativen Ausführungsform aus 33 geben die synchronen virtuellen Pipes reduzierte Datenpakete weiter, die lediglich aus einem Nutzinformationsabschnitt bestehen. Der den Datenpaketen üblicherweise zugeordnete Anfangsblockabschnitt ist in einem reduzierten Datenpaket nicht vorhanden. Die Übertragungsstrecken 41, die wie zuvor beschrieben jeweils null oder mehr SVP-Vermittlungen 10 enthalten können, übermitteln die reduzierten Datenpakete unter Verwendung eines zeitgestützten Leitweglenkungsverfahrens.
  • Die 33-34 zeigen eine Achse der gemeinsamen Zeitreferenz (CTR) 002, die in Zeitzyklen geteilt ist. Jeder Zeitzyklus ist in vordefinierte Zeitrahmen geteilt. Jeder der Zeitrahmen besitzt vordefinierte Positionen: a, b, c und d entweder fester Größe (in der Zeitdauer) oder veränderlicher Größe (in der Zeitdauer), wobei die vordefinierte Position folglich entweder Datenpakete fester Größe oder Datenpakete veränderlicher Größe haben kann. Jeder Zeitrahmen kann weiter in Zeitschlitze geteilt sein. Die Zeitrahmen nutzen Paketbegrenzer (PDs) 35C. Die PDs können eines der wie in 5C gezeigten Steuercodewörter sein. Die PDs werden verwendet, um Trennungen anzugeben; die Paketbegrenzer können daraufhin verwendet werden, um zwischen mehreren anfangsblocklosen Datenpaketen in demselben Zeitrahmen zu unterscheiden; wobei zugelassen ist, dass die anfangsblocklosen Datenpakete bei Verwendung von PDs in der anfangsblocklosen zeitgestützten Leitweglenkung die Länge null haben. Die Zeitschlitze haben eine vordefinierte Länge oder vordefinierte Längen und verwenden keine Paketbegrenzer. In einer alternativen Ausführungsform können die Zeitschlitze unter Verwendung eines anderen Begrenzers als des einen als PDs verwendeten begrenzt werden.
  • Bei Verwendung des zeitgestützten oder positionsgestützten Leitweglenkungsverfahrens der alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt die Position des reduzierten Datenpakets innerhalb eines Zeitzyklus sein Ziel. Wie symbolisch auf der rechten Seite von 33 und in 34 gezeigt ist, sind die reduzierten Datenpakete a, b, c und d in jedem Zeitschlitz jeweils in den vier aufeinander folgenden Zeitschlitzen oder Positionen innerhalb jedes Zeitrahmens. Wie in der Figur gezeigt ist, enthält jeder erste Zeitschlitz oder jede erste Position in irgendeinem Zeitrahmen reduzierte Datenpakete a, enthält jeder zweite Zeitschlitz oder jede zweite Position in irgendeinem Zeitrahmen reduzierte Datenpakete b usw. Abgesehen davon, dass die zum Indizieren in der Nachschlagetabelle 35D verwendeten Werte ein Zeitschlitz- oder Positionszähler sind, der durch die Steuereinheit 35B in Reaktion auf das Paketbegrenzersignal 35C unterhalten wird, ist der Betrieb der Leitweglenkungs-Steuereinheit 35 in der vorliegenden Ausführungsform ähnlich dem in 7 gezeigten. In einer Variantenausführungsform können die Werte der Zeitschlitze innerhalb eines Zeitrahmens und der Zeitrahmen innerhalb eines Zeitzyklus alternativ wie oben diskutiert durch ein Inband-Steuercodewortsignal definiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung als ein Callcenter, das Fernsprechverbindungen von einer Mehrzahl von Ursprungspunkten zu einer Mehrzahl von Zielpunkten und umgekehrt lenkt. Diese Operation kann Mehr-Teilnehmer-Konferenzanrufe enthalten, die die durch die Vermittlungen in der synchronen virtuellen Pipe der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Mehrpunktverbindungs-Leitweglenkung verwenden. Die Bereitstellung einer Konferenzanruffähigkeit für große Anzahlen von Nutzern wird durch die Verwendung eines gemeinsamen Zeitreferenzsignals zum Koordinieren der Analog/Digital-Umsetzung, der Multiplexierung, der Zusammensetzung, der Vermittlung und Leitweglenkung, der Trennung, der Demultiplexierung und der Digital/Analog-Umsetzung, alle in derselben gemeinsamen Zeitbasis, erleichtert.

Claims (15)

  1. System für die Planung und für das Management der Datenübertragung von Datenpaketen, wobei das genannte System umfasst: eine Mehrzahl von Vermittlungen (10) mit einer Mehrzahl von Eingangsports (30) und Ausgangsports (40), jeweils mit einer eindeutigen Adresse für den Empfang der Datenpakete; eine Mehrzahl wenigstens einer virtuellen Pipe (25), die jeweils wenigstens zwei der Vermittlungen (10) umfasst, die über Kommunikationsverbindungen (41) in einem Weg miteinander verbunden sind, um die Datenpakete von wenigstens einer Quelle zu wenigstens einem Ziel zu übertragen; und ein gemeinsames Zeitreferenzsignal (002), das mit einigen der genannten Vermittlungen (10) gekoppelt ist; wobei die gemeinsame Zeitreferenz (002) in Zeitrahmen aufgeteilt ist und wobei die Übertragung der Datenpakete während jeweils eines einer Mehrzahl vordefinierter Zeitrahmen geliefert wird, wobei die Zeitrahmen wenigstens eine vordefinierte Dauer haben, wobei jedes der jeweiligen Datenpakete von einem ersten Eingangsport (30) empfangen und von einem zweiten Ausgangsport (40) gesendet wird und wobei der von dem ersten Eingangsport (30) verwendete Zeitrahmen eine erste vordefinierte Dauer hat und wobei der von dem zweiten Ausgangsport (40) verwendete Zeitrahmen eine zweite vordefinierte Dauer hat; und wobei das System ferner umfasst: eine Planungssteuereinheit (45) mit einer Mehrzahl von Puffern (45C) zum Abbilden von einem ersten vordefinierten Zeitrahmen mit der ersten vordefinierten Dauer, innerhalb deren das jeweilige Datenpaket zu der jeweiligen Vermittlung übertragen wird, auf einen zweiten vordefinierten Zeitrahmen mit der zweiten vordefinierten Dauer, innerhalb deren das jeweilige Datenpaket aus der jeweiligen Vermittlung gesendet wird, wobei die genannte Planungssteuereinheit auf das gemeinsame Zeitreferenzsignal reagiert.
  2. System gemäß Anspruch 1, bei dem die Position des genannten Datenpakets innerhalb des genannten zweiten vordefinierten Zeitrahmens beliebig ist.
  3. System gemäß Anspruch 1, bei dem eine erste Anzahl aneinandergrenzender Zeitrahmen mit der ersten vordefinierten Dauer einen Zeitzyklus mit einer dritten vordefinierten Dauer umfassen; wobei die Zeitzyklen mit der dritten vordefinierten Dauer aneinandergrenzend sind; wobei eine zweite Anzahl aneinandergrenzender Zeitrahmen mit der zweiten vordefinierten Dauer einen Zeitzyklus mit einer vierten vordefinierten Dauer umfassen; und wobei die Zeitzyklen mit der vierten vordefinierten Dauer aneinandergrenzend sind.
  4. System gemäß Anspruch 3, bei dem der Zeitzyklus mit der dritten vordefinierten Dauer und der Zeitzyklus mit der vierten vordefinierten Dauer verschiedene Dauern haben.
  5. System gemäß Anspruch 3, bei dem eine dritte Anzahl von Zeitzyklen mit der dritten vordefinierten Dauer einen ersten Superzyklus umfassen; wobei die ersten Superzyklen aneinandergrenzend sind; wobei eine vierte Anzahl von Zeitzyklen mit der vierten vordefinierten Dauer einen zweiten Superzyklus umfassen; und wobei die zweiten Superzyklen aneinandergrenzend sind.
  6. System gemäß Anspruch 5, bei dem der erste Superzyklus und der zweite Superzyklus verschiedene Dauern haben.
  7. System gemäß Anspruch 1, bei dem die Abbildung durch die Planungssteuereinheit (45) ein gleichbleibendes vordefiniertes Zeitintervall liefert, das in Zeitrahmen zwischen der Eingabe in und der Ausgabe von wenigstens einer ausgewählten der Mehrzahl virtueller Pipes (25) gemessen wird.
  8. System gemäß Anspruch 1, bei dem die Übertragung über wenigstens eine ausgewählte der Mehrzahl virtueller Pipes (25) eine Mehrzahl von Zeitrahmendauern nutzt.
  9. System gemäß Anspruch 1, bei der eine vordefinierte Anzahl aneinandergrenzender Zeitrahmen mit der ersten vordefinierten Dauer einen Zeitzyklus mit einer fünften vordefinierten Dauer umfassen; wobei die Zeitzyklen mit der fünften vordefinierten Dauer aneinandergrenzend sind; wobei eine vordefinierte Anzahl aneinandergrenzender Zeitrahmen mit der zweiten vordefinierten Dauer einen Zeitzyklus mit einer sechsten vordefinierten Dauer umfassen; wobei die Zeitzyklen mit der sechsten vordefinierten Dauer aneinandergrenzend sind; wobei eine vordefinierte Anzahl aneinandergrenzender Zeitrahmen mit einer dritten vordefinierten Dauer einen Zeitzyklus mit einer siebenten vordefinierten Dauer umfassen; und wobei die Zeitzyklen mit der siebenten vordefinierten Dauer aneinandergrenzend sind.
  10. System gemäß Anspruch 9, bei dem die Übertragung über wenigstens eine ausgewählte der Mehrzahl virtueller Pipes (25) wenigstens einen der Folgenden nutzt: einen Zeitzyklus mit der fünften vordefinierten Dauer, einen Zeitzyklus mit der sechsten vordefinierten Dauer und einen Zeitzyklus mit der siebenten vordefinierten Dauer.
  11. Systeme gemäß Anspruch 1, bei denen eine vordefinierte Anzahl aneinandergrenzender i1 Zeitrahmen mit der Dauer d1 bei einem ersten Eingangsport zu einem Zeitzyklus ic1 gruppiert sind, wobei i1 wenigstens 1 ist; bei denen eine vordefinierte Anzahl aneinandergrenzender i2 Zeitrahmen mit der Dauer d2 bei einem zweiten Eingangsport zu einem Zeitzyklus ic2 gruppiert sind, wobei i2 wenigstens 1 ist; bei denen eine vordefinierte Anzahl aneinandergrenzender i3 Zeitrahmen mit der Dauer d3 bei einem dritten Eingangsport zu einem Zeitzyklus ic3 gruppiert sind, wobei i3 wenigstens 1 ist; bei denen eine vordefinierte Anzahl aneinandergrenzender o1 Zeitrahmen mit der Dauer t1 bei einem ersten Ausgangsport zu einem Zeitzyklus oc1 gruppiert sind, wobei o1 wenigstens 1 ist; bei denen eine vordefinierte Anzahl aneinandergrenzender o2 Zeitrahmen mit der Dauer t2 bei einem zweiten Ausgangsport zu einem Zeitzyklus oc2 gruppiert sind, wobei o2 wenigstens 1 ist; bei denen eine vordefinierte Anzahl aneinandergrenzender o3 Zeitrahmen mit der Dauer t3 bei einem dritten Ausgangsport zu einem Zeitzyklus oc3 gruppiert sind, wobei o3 wenigstens 1 ist; bei denen die Planung von Datenpaketen an den Eingangsports (30) und an den Ausgangsports (40) der Vermittlung eine Mehrzahl vordefinierter Abbildungen von: i1-in-ic1 und i2-in-ic2 und i3-in-ic3 auf o1-in-oc1 und o2-in-oc2 und o3-in-oc3 besitzt.
  12. System gemäß Anspruch 11, bei dem der Eingangsport (30) an bei dem genannten Eingangsport (30) ankommenden Datenpaketen unter Verwendung der vordefinierten Zeitrahmendauer und des dem jeweiligen Eingangsport (30) zugeordneten Zeitzyklus eine Ankunftszeit (ToA) (35T) anbringt; bei dem sich die Ankunftszeit (ToA) (35T) auf die gemeinsame Zeitreferenz bezieht und als eine Zeitrahmennummer innerhalb eines Zeitzyklus dargestellt ist; und wobei die ToA (35T) an jedem wenigstens des ersten Eingangsports (30), des zweiten Eingangsports (30) und des dritten Eingangsports (30) eine eindeutige Darstellung besitzt.
  13. System gemäß Anspruch 12, bei dem, nachdem das ankommende Datenpaket zu einem der Ausgangsports (40) übertragen worden ist, die eindeutige ToA-Darstellung genutzt wird, um an jedem wenigstens des ersten Ausgangsports (40), des zweiten Ausgangsports (40) und des dritten Ausgangsports (40) in eine eindeutige Ausgangsportdarstellung zu transformieren.
  14. System gemäß Anspruch 13, bei dem die eindeutige Ausgangsport-(40)-Darstellung von der Planungssteuereinheit (45) verwendet wird, um einen der Mehrzahl von Puffern (45C) auszuwählen.
  15. System gemäß Anspruch 14, bei dem jeder der Mehrzahl von Puffern (45C) eindeutig mit einem der Zeitrahmen in Verbindung gebracht wird; und wobei der genannte eine der Zeitrahmen die Zeit ist, zu der das Datenpaket von dem Ausgangsport (40) weitergeleitet wird.
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