DE10102110A1 - Method for bidirectional signal transmission in a distributed network - Google Patents
Method for bidirectional signal transmission in a distributed networkInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine bidirektionale Signalübertragung in einem verteilten Netz mit einer Punktstation-zu-Mehrpunktstation-Verbindung, wobei die Signale von den Mehrpunktstationen in Richtung der Punktstationen zu einem TDMA(Time Division Multiple Access)-Signal zusammengefasst werden, und die Punktstation den Mehrpunktstationen eine Übertragungskapazität (Abfertigungsrate) in dem Netz zuweist. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass die Zuweisung der Abfertigungsrate (r) an die Mehrpunktstationen (16) in Abhängigkeit einer sich aus einer Warteschlangenlänge (q) von Bedarfsanforderungen (24) und einer abgearbeiteten Menge von Bedarfsanforderungen (24) ergebenden, mit einer vorgebbaren Verzögerungszeit (d) verknüpften, geschätzten Rate (ERFD) erfolgt.The invention relates to a method for a bidirectional signal transmission in a distributed network with a point-to-multipoint connection, wherein the signals from the multipoint stations in the direction of the point stations are combined to form a TDMA (Time Division Multiple Access) signal, and the point station assigns a transmission capacity (dispatch rate) in the network to the multipoint stations. DOLLAR A It is provided that the assignment of the dispatch rate (r) to the multipoint stations (16) is dependent on a delay time resulting from a queue length (q) of demand requests (24) and a processed quantity of demand requests (24) (d) linked estimated rate (ERFD).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine bidirektionale Signalübertragung in einem verteilten Netz mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a method for bidirectional signal transmission in a distributed Network with those mentioned in the preamble of claim 1 Features.
Verteilte Netze für eine bidirektionale Signalüber tragung, bei denen eine so genannte Punktstation-zu- Mehrpunktstation-Verbindung besteht, sind bekannt. Derartig verteilte Netze können beispielsweise als optische Netze, Funknetze oder leitungsgebundene Netze (Ethernet) ausgebildet sein. Diesen verteilten Netzen ist gemeinsam, dass sowohl die Punktstation als auch Mehrpunktstationen auf ein gemeinsames Netz zugreifen. Um eine koordinierte bidirektionale Signalübertragung zu gewährleisten, muss der Zugriff auf dieses Netz gesteuert werden. Hierbei ist einmal eine Signalübertragung von den Mehrpunktstationen (terminal, leave) zur Punktstation (Zentrale) als Rückkanal (Upstream) zu steuern, während andererseits die Signalübertragung von der Punktstation zu den Mehrpunktstationen als Hinkanal (Downstream) zu steu ern ist. Für den Upstream ist eine verteilte Steue rung erforderlich, während die Steuerung für den Downstream komplett in der Zentrale erledigt werden kann.Distributed networks for a bidirectional signal in which a so-called point station Multipoint station connection is known. Networks distributed in this way can be used, for example, as optical networks, radio networks or wired Networks (Ethernet) should be formed. Distributed this Networking is common to both the point station as well as multipoint stations on a common network access. To a coordinated bidirectional To ensure signal transmission, access must be controlled on this network. Here is once a signal transmission from the multipoint stations (terminal, leave) to the point station (head office) as Control back channel (upstream) while on the other hand the signal transmission from the point station to the Multi-point stations to control as downlink (downstream) is. For the upstream there is a distributed tax required while control for the Downstream can be completely done in the headquarters can.
Aus der Nachrichtentechnik sind allgemein so genannte MAC(medium access control)-Protokolle zur koordinier ten Steuerung des Zugriffs auf ein gemeinsames Netz bekannt.From the communication technology are so-called in general MAC (medium access control) protocols for coordinating Control access to a common network known.
Insbesondere für Nachrichtendienste mit statistisch schwankenden Bedarfsanforderungen (requests) von pro Zeiteinheit zu übertragenden Signalen, wie beispiels weise Datendienste, Video-Dienste, ATM(asynchron transfer modus)-Dienste kann durch eine dynamische Steuerung eine hohe und somit effektive Auslastung des gemeinsamen verteilten Netzes erfolgen.Especially for intelligence services with statistical fluctuating requirements from pro Time unit to be transmitted signals, such as wise data services, video services, ATM (asynchronous transfer mode) services can be provided by a dynamic Control a high and thus effective utilization of the common distributed network.
Eine derartige dynamische Steuerung erfolgt mittels Protokollen, bei denen die Zeitachse in so genannte Rahmen (TDMA(time division multiple access)-Rahmen) aufgeteilt ist, wobei entsprechend der Bedarfsanfor derungen der Mehrpunktstationen diesen innerhalb die ser Rahmen an festen Stellen oder relativ zum Rahmen eine Übertragungskapazität zugeordnet wird. Hierbei werden in den einzelnen Mehrpunktstationen Bedarfs anforderungen - das heißt, die Mehrpunktstationen wollen Nachrichten oder Datenpakete versenden und haben somit Bedarf an der Nutzung des gemeinsamen Netzes - in einer Warteschlange (queue) gesammelt, die nicht sofort abgearbeitet werden können. Dieser Zustand der Mehrpunktstation wird als Bedarfsanforde rung (request) der Punktstation mitgeteilt. Aufgrund der Kenntnis aller Zustandsinformationen der Mehr punktstationen versucht die Punktstation die Kapazi tät des verteilten Netzes den Mehrpunktstationen möglichst gerecht zuzuteilen. Die Punktstation verteilt hierzu so genannte grants an die Mehrpunkt stationen, mittels denen diese zu genau festgelegten Zeitpunkten auf das gemeinsame verteilte Netz zugrei fen können.Such dynamic control takes place by means of Logs where the timeline is in so-called Frame (TDMA (time division multiple access) frame) is divided, according to the requirements changes of the multipoint stations within this This frame in fixed places or relative to the frame a transmission capacity is allocated. in this connection are required in the individual multipoint stations requirements - that is, the multipoint stations want to send messages or data packets and thus need to use the common Network - collected in a queue, that cannot be processed immediately. This The state of the multipoint station is considered a requirement tion (request) communicated to the point station. by virtue of knowledge of all status information of the More the point station tries the capaci distributed network to the multipoint stations to allocate as fairly as possible. The point station distributes grants to the multipoint stations by means of which these are precisely defined Access points to the shared distributed network can.
Die von den Mehrpunktstationen übermittelten Bedarfs anforderungen beinhalten beispielsweise Neuankünfte von Nachrichten oder Datenpakete seit der letzten Zustandsmeldung, eine Warteschlangenlänge, aus der dann durch Differenzbildung die Zahl der neuen Ankünfte, das heißt, die benötige Übertragungskapazi tät ermittelt wird, einen lokalen Zählerstand, der einen exakten aber unbekannten Füllstand einer Warte schlange ermittelt oder über Ankunftsmuster von Nach richten und Datenpaketen in einem Übertragungsrahmen an der Punktstation. Aufgrund dieser Bedarfsanforde rungen ermittelt die Steuerung wie viele Nachrichten oder Datenpakte (Zellen) zu übertragen sind und über nimmt die Zuteilung der grants. Bei diesen bekannten Verfahren ist nachteilig, dass für jede Bedarfsanfor derung eine entsprechende Meldung an die zentrale Steuerung zu geben ist. Hierdurch wird, da die Bedarfsanforderungen ebenfalls über das gemeinsame verteilte Netz übertragen werden, dessen Über tragungskapazität minimiert. The demand transmitted by the multi-point stations Requirements include new arrivals, for example of messages or data packets since the last Status message, a queue length from which then the number of new ones by forming the difference Arrivals, that is, the required transfer capacity a local counter reading is determined an exact but unknown level of a control room queue determined or via arrival pattern from Nach align and packets of data in a transmission frame at the point station. Because of this need The controller determines how many messages or data packets (cells) to be transmitted and via takes the allocation of grants. With these known The disadvantage of this process is that it a corresponding message to the central Control is to be given. This will, because the Requirement requirements also about the common distributed network are transmitted, its about carrying capacity minimized.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, dass in einfacher Weise eine verkehrsabhängige Steue rung der Übertragungskapazität bei statistisch schwankenden Anforderungen möglich ist. Dadurch, dass die Zuweisung der Übertragungskapazität an die Mehr punktstationen in Abhängigkeit einer sich aus einer Warteschlangenlänge von Bedarfsanforderungen und einer abgearbeiteten Menge von Bedarfsanforderungen ergebenden Abfertigungsrate erfolgt, ist vorteilhaft möglich, die Übertragungskapazität der Bedarfsanfor derungen über das gemeinsame verteilte Netz zu mini mieren, da nunmehr nicht jede Bedarfsanforderung ein zeln, sondern als eine Summeninformation der jeweili gen Punktstation übertragen werden kann. Ferner wird die zentrale Steuerung von der Erfassung der konkre ten Anzahl der ankommenden Bedarfsanforderungen und der konkreten Anzahl der abgefertigten Bedarfsanfor derungen entlastet.The method according to the invention with the in claim 1 In contrast, the features mentioned have the advantage that in a simple way a traffic-dependent tax Transfer capacity at statistical fluctuating requirements is possible. As a result of that the allocation of the transmission capacity to the More point stations depending on one of one Queue length of requirements requests and a processed set of requirements resulting handling rate is advantageous possible, the transmission capacity of the requirements changes to the shared distributed network to mini lubricate, since not every need requirement now individual, but as a sum information of the respective can be transmitted to the point station. Furthermore, the central control of capturing the conc th number of incoming requirements and the concrete number of requirements processed relieved.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred configurations of the invention result from the rest, in the subclaims mentioned features.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen: The invention is in one embodiment example with reference to the accompanying drawings purifies. Show it:
Fig. 1 schematisch eine Signalübertragung in einem optischen Netz und Fig. 1 shows schematically a signal transmission in an optical network and
Fig. 2 schematisch die erfindungsgemäße Steuerung der Signalübertragung. Fig. 2 shows schematically the control of the signal transmission according to the invention.
In Fig. 1 ist eine Topologie eines optischen Netzes 10 dargestellt. Eine Punktstation 12 (OLT-optical line termination) ist über ein verteiltes optisches Glasfasernetz 14 mit Mehrpunktstationen 16 (ONU optical network unit) verbunden. Das Glasfasernetz 14 umfasst wenigstens einen passiven optischen Splitter, mittels dem eine baumartige Verzweigung des Netzes 10 erreicht wird.In Fig. 1 is a topology of an optical network 10 is shown. A point station 12 (OLT-optical line termination) is connected via a distributed optical fiber network 14 to multi-point stations 16 (ONU optical network unit). The glass fiber network 14 comprises at least one passive optical splitter, by means of which a tree-like branching of the network 10 is achieved.
In dem verteilten Netz 10 erfolgt eine Signalübertra gung in Downstream-Richtung 18 und in Upstream-Rich tung 20. Im Weiteren wird auf die Übertragung von Signalen in Upstream-Richtung 20, das heißt von den Mehrpunktstationen 16 in Richtung der Punktstation 12, eingegangen.In the distributed network 10 there is a signal transmission in the downstream direction 18 and in the upstream direction 20 . Furthermore, the transmission of signals in the upstream direction 20 , that is to say from the multipoint stations 16 in the direction of the point station 12 , is dealt with.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass sich das Ausführungsbeispiel auf ein optisches Netz bezieht. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf optische Netze beschränkt, sondern lässt sich auch auf Funknetze und leitungsgebundene Netze über tragen. At this point it should be noted that the embodiment on an optical network refers. Of course, the invention is not limited to optical networks, but can be also to radio networks and wired networks wear.
Fig. 2 zeigt schematisch die Steuerung der Signal übertragung mittels einer in der Punktstation 12 integrierten zentralen Steuerung 22. Im Übrigen sind gleiche Teile in Fig. 1 in Fig. 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Fig. 2 shows schematically the control of the signal transmission by means of a built-in point of the central station 12 controller 22. Otherwise, identical parts in FIG. 1 are provided with the same reference symbols in FIG. 2 and are not explained again.
In den Mehrpunktstationen 16 werdend die zu versen denden Nachrichten oder Datenpakte als Zellen 24 in einer Warteschlange 26 gesammelt. Entsprechend dem Zufluss an Zellen 24 zu den Warteschlangen 26 besit zen diese eine Warteschlangenlänge q. Diese kann ent sprechend den statistisch schwankenden Anforderungen an Übertragung von Nachrichten oder Datenpaketen pro Mehrpunktstation 16 schwanken, das heißt unterschied lich lang sein.In the multipoint stations 16 , the messages or data packets to be sent are collected as cells 24 in a queue 26 . Corresponding to the inflow of cells 24 to the queues 26, these have a queue length q. This can fluctuate according to the statistically fluctuating requirements for the transmission of messages or data packets per multipoint station 16 , that is to say they can be of different lengths.
Die Warteschlangenlänge q wird über ein Verzögerungs glied 28 geführt, mittels dem eine Verzögerungszeit d festlegbar ist, die einer Anzahl abzuwartender TDMA- Rahmen in Upstream-Richtung 20 entspricht. Entspre chend wird durch die zentrale Steuerung 22 eine Abfertigungsrate r den Mehrpunktstationen 16 zuge teilt, mittels denen eine festgelegte Anzahl von Zellen 24 pro TDMA-Rahmen in Upstream-Richtung 20 übertragen werden können.The queue length q is passed through a delay element 28 , by means of which a delay time d can be determined, which corresponds to a number of TDMA frames to be waited in the upstream direction 20 . Correspondingly, a dispatch rate r is allocated to the multipoint stations 16 by the central controller 22 , by means of which a defined number of cells 24 per TDMA frame can be transmitted in the upstream direction 20 .
Hierbei besteht ein Zusammenhang zwischen der Warte
schlangenlänge q, der Abfertigungsrate r und der Ver
zögerungszeit d für die letzte Bedarfsanforderung
(Zelle 24) innerhalb der Warteschlange 26 zu
There is a connection between the queue length q, the dispatch rate r and the delay time d for the last demand request (cell 24 ) within the queue 26
Der Abtastrate r liegt somit eine Schätzung der für die entsprechende Verzögerung d als erforderlich betrachteten so genannten Rate ERFD (Estimate Rate to Fulfill Delay) zugrunde. Diese geschätzte Rate ERFD ist proportional zur jeweiligen Warteschlangenlänge q, so dass durch die Steuerung der zentralen Steue rung 22 über de Rate ERFD entsprechend Little's Gesetz der Nachrichtenverkehrstheorie, die Verzöge rungen, die sich für die jeweiligen Mehrpunktstatio nen 16 bei der Abarbeitung ergeben, konstant sind und die Abtastraten r im Langzeitmittel sich den angebo tenen Zellen 24 anpasst.The sampling rate r is therefore based on an estimate of the so-called rate ERFD (Estimate Rate to Fulfill Delay) considered necessary for the corresponding delay d. This estimated rate ERFD is proportional to the respective queue length q, so that by controlling the central control 22 via the rate ERFD in accordance with Little's law of message traffic theory, the delays that result for the respective multipoint stations 16 during processing are constant and the long-term sampling rate r adapts to the cells 24 offered .
Für den Fall, dass die Summe der Bedarfsanforderungen
aller Mehrpunktstationen 16 des verteilten Netzes 10
die Gesamtkapazität C des Netzes 10 übersteigt, kann
die Kapazität proportional zu den ERFD-Raten der ein
zelnen Mehrpunktstationen 16 aufgeteilt werden, wobei
gilt, Abfertigungsrate
In the event that the sum of the demand requirements of all multipoint stations 16 of the distributed network 10 exceeds the total capacity C of the network 10 , the capacity can be divided in proportion to the ERFD rates of the individual multipoint stations 16 , whereby the handling rate applies
wobei Σ ERFD die Summe der Einzel-ERFD aller Mehr punktstationen 16 im Netz 10 ist. where Σ ERFD is the sum of the individual ERFD of all multipoint stations 16 in the network 10 .
Hierdurch bleibt die Proportionalität der Beziehung der Abfertigungsrate r zur jeweiligen Warteschlangen länge q unverändert.As a result, the proportionality of the relationship remains the handling rate r for the respective queues length q unchanged.
Die Berechnung der ERFD-Rate für jede Mehrpunkt station 16 kann entweder in den jeweiligen Mehrpunkt stationen 16 oder zentral in der zentralen Steuerung 22 erfolgen.The ERFD rate for each multipoint station 16 can be calculated either in the respective multipoint stations 16 or centrally in the central control 22 .
Wie erläutert, fließt die Verzögerungszeit d in die Ermittlung der ERFD-Rate ein. Zur Berechnung der gewünschten Verzögerungszeit d sind Unsicherheiten und statistische Schwankungen zu berücksichtigen, so dass die Verzögerungszeit d kleiner sein sollte, als der geforderte Maximalwert der auftretenden Verzöge rungen d.As explained, the delay time d flows into the Determination of the ERFD rate. To calculate the desired delay time d are uncertainties and to take statistical fluctuations into account that the delay time d should be less than the required maximum value of the delays occurring stanchions d.
Durch die zentrale Steuerung 22 kann eine gleiche Verzögerung der Bereitstellung der Abfertigungsraten r für alle Mehrpunktstationen 16 (delay fairness) bei beliebiger Verkehrsverteilung von den verschiedenen Mehrpunktstationen 16 bei maximaler Ausnutzung des verteilten Netzes 10 erreicht werden. Hierbei wird kein fester Verzögerungswert angesteuert, sondern dieser ist relativ. Da die erreichbare Verzögerung für die Bereitstellung der Abfertigungsrate durch die zentrale Steuerung 22 nicht bekannt ist, kann die Verzögerungszeit d der jeweiligen Mehrpunktstationen 16 klein für eine Minimierung der Verzögerung der Bereitstellung der Abfertigungsrate r gewählt werden. The central controller 22 can achieve the same delay in the provision of the dispatch rates r for all multipoint stations 16 (delay fairness) with any traffic distribution from the various multipoint stations 16 with maximum use of the distributed network 10 . In this case, no fixed delay value is triggered, but this is relative. Since the achievable delay for the provision of the dispatch rate by the central control 22 is not known, the delay time d of the respective multipoint stations 16 can be chosen to be small in order to minimize the delay in the provision of the dispatch rate r.
Um eine effektive Signalübertragung zu gewährleisten, sollte der so genannte Overhead jedes Übertragungs rahmens für die Übermittlung der Bedarfsmeldungen der Mehrpunktstationen 16, die entweder in der Warte schlangenlänge q oder in der ERFD-Rate besteht, mini miert werden. Hierzu kann eine Kodierung beziehungs weise Dekodierung in ein Byte pro Mehrpunktstation 16 erfolgen. Hierbei kann die Warteschlangenlänge q und eine Prioritätsklasse der ERFD-Rate berücksichtigt werden.In order to ensure an effective signal transmission, the so-called overhead of each transmission frame for the transmission of the required messages from the multipoint stations 16 , which consists either of the queue length q or the ERFD rate, should be minimized. For this purpose, coding or decoding into one byte per multipoint station 16 can take place. The queue length q and a priority class of the ERFD rate can be taken into account here.
Bei der Kodierung wird der Zahlenwert (Zahlenwert für
die Wartenschlangenlänge q beziehungsweise Zahlenwert
für die ERFD-Rate) so lange nach rechts geschoben,
bis die verbleibende Zahl mit den für die Mantisse
zur Verfügung stehenden Bits dargestellt werden kann,
wobei das niederwertigste Bit pro Verschiebeoperation
verloren geht. Zusammen mit dieser verschobenen Zahl
muss die Anzahl der Schiebeoperationen übertragen
werden. Diese wird als Exponent geführt. Durch ein
derartiges Verfahren werden kleine Werte genau - da
keine Verschiebungen stattfinden - kodiert, während
sich für größere Werte Ungenauigkeiten in Abhängig
keit der Größe des zu kodierenden Wertes ergeben. Bei
einer Kodierung der Werte in einem Byte (entspricht 8
Bit) ergeben sich folgende Wertebereiche:
5 Bit Mantisse (verbleibende Zahl) und 3 Bit Exponent
(Anzahl der Verschiebungsoperationen) von 3968 und
bei 4 Bit Mantisse und 4 Bit Exponent von 497520. Der
Wert 0 wird immer durch 0 dargestellt.
When coding, the numerical value (numerical value for the queue length q or numerical value for the ERFD rate) is shifted to the right until the remaining number can be represented with the bits available for the mantissa, the least significant bit being lost per shift operation goes. Together with this shifted number, the number of shift operations must be transmitted. This is listed as an exponent. Using such a method, small values are coded precisely - since there are no shifts - while inaccuracies result for larger values depending on the size of the value to be coded. If the values are encoded in one byte (corresponds to 8 bits), the following value ranges result:
5 bit mantissa (remaining number) and 3 bit exponent (number of shift operations) of 3968 and for 4 bit mantissa and 4 bit exponent of 497520. The value 0 is always represented by 0.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin die Möglichkeit, statische Prioritäten für die Bedarfs anforderungen der Mehrpunktstationen 16 festzulegen. Entsprechend festgelegter Prioritätsklassen kann die Verzögerungszeit d pro ERFD-Rate angepasst werden. Bei Diensten mit hoher Echtzeitanforderung (bei spielsweise Sprachübertragung) wird eine hohe Priori tät, das heißt eine kleine Verzögerungszeit d, gewählt. Bei Diensten mit schwachen Forderungen an die Verzögerung wird die Verzögerungszeit d höher gewählt, während bei Diensten mit niedrigster Priori tät, beispielsweise Best-Effort Dienste, die Verzöge rungszeit d am höchsten gewählt werden kann. Pro Prioritätsklasse und pro ERFD-Rate muss für jede Mehrpunktstation 16 die Bedarfsmeldung separat erfol gen. Ebenso wird die Abfertigungsrate r von der zentralen Steuerung 22 pro Mehrpunktstation 16 für jede Prioritätsklasse separat vorgegeben.The method according to the invention also offers the possibility of defining static priorities for the requirements of the multipoint stations 16 . The delay time d per ERFD rate can be adjusted according to defined priority classes. For services with a high real-time requirement (for example voice transmission), a high priority, that is to say a small delay time d, is selected. For services with weak demands on the delay, the delay time d is chosen to be higher, while for services with the lowest priority, for example best-effort services, the delay time d can be chosen to be the highest. For each multi-point station 16, the need message must be made separately for each priority class and per ERFD rate. Likewise, the dispatch rate r is specified separately for each priority class by the central controller 22 per multi-point station 16 .
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8131 | Rejection |