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BETROFFENE
ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität der folgenden Patentanmeldungen:
Vorläufige US-Patentanmeldung
Nr. 60/472,630 mit dem Titel "OPTICAL
BURST SWITCH LOCAL AREA NETWORK ARCHITECTURE" bzw. "OPTISCHE BURST-VERMITTELTE LOKALBEREICHSNETZARCHITEKTUR";
vorläufige US-Patentanmeldung
Nr. 60/472,633 mit dem Titel "METHODS
FOR DATA TRANSMISSION AND MEMORY STORAGE IN AN OPTICAL BURST SWITCH
LOKCAL AREA NETWORK" bzw. "VERFAHREN ZUR DATENÜBERTRAGUNG
UND ZUM SPEICHERAUFBEWAHREN IN EINEM OPTISCHEN BURST-VERMITTELTEN
LOKALBEREICHSNETZ";
und
vorläufige
US-Patentanmeldung Nr. 60/472,634 mit dem Titel "IMPLEMENTATION OF JUST-IN-TIME SIGNALING
PROTOCOL IN OPTICAL BURST SWITCH WIDE AND LOCAL AREA NETWORK ARCHITECTURE" bzw. "IMPLEMENTIERUNG EINES FÄLLIGKEITSNAHEN
SIGNALISIERUNGSPROTOKOLLS IN OPTISCHEN BURST-VERMITTELTEN WEIT-
UND LOKALBEREICHSNETZARCHITEKTUREN";
die alle am 22. Mai 2003 angemeldet
worden sind.
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Der
Offenbarungsgehalt der oben erwähnten Patentanmeldungen
wird hierbei durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen.
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GEBIET DER
OFFENBARUNG
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft eine neue Architektur von fortgeschrittenen
optischen Kommunikationsnetzen und insbesondere ein optisches Burst-vermitteltes
Netz bzw. OBS- Netz
wie z.B. ein Weitbereichsnetz (WAN) und/oder ein Lokalbereichsnetz
(LAN), mit fälligkeitsnaher
(JIT) bzw. Just-In-Time-Signalisierung und zusätzliche fortgeschrittene Datenzugriffsmerkmale.
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Dichtes
Wellenlängenmultiplex
(dWDM) verwendende optische Netze stellen enorme Bandbreitenkapazitäten für die Datenübertragung
unter Verwendung optischer Medien bereit. dWDM überbrückt die Lücke zwischen niedrigeren Elektronikschaltgeschwindigkeiten
und ultra hohen in optischen Medien verfügbaren Bandbreiten. dWDM teilt
die enorme Informationsübertragungskapazität einer
Einzelmodenfaser in einer Anzahl von Kanälen auf, von denen jeder eine
unterschiedliche sowohl analog- als auch digitaldatenübertragende
Wellenlänge
hat, was es ermöglicht,
einen aggregierten Durchsatz in der Größenordnung von Terabits pro
Sekunden zu liefern. Als solches ist dWDM im Stande, eine schnellere Vernetzungsinfrastruktur
bereit zu stellen. Derzeitige Kommunikationstechnologien, die optische
Netze und dWDM anwenden, verwenden gewöhnlich Wellenlängenrouting
mit permanent oder statistisch festgelegten Leitungsverbindungen,
die zwischen Endpunkten zur Datenübertragung eingerichtet sind.
Jedoch erhöhen
permanent oder statistisch eingerichtete Leitungsverbindungen die
Kosten und ihnen fehlt die Flexibilität.
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Während optische
Kommunikationsverbindungen im Kern- und Großstadtnetzen üblich sind,
ist die Entwicklung langsamer gewesen in Lokalbereichsdatenübertragungen
und Zugriffen, speziell in Lokalbereichsnetzen (LANs). Als ein Ergebnis
sieht die Telekommunikationsindustrie im Allgemeinen vor, auf dem
Erfolg eines Punkt-zu-Punkt-Netzes wie dem Ethernet aufzubauen durch Übernehmen
neuer Standards davon wie GigE-(Gigabit-Ethernet-)
und 10GigE-(10 Gigabit-Ethernet-) Standards. Zusätzlich werden Kommunikationen
innerhalb der Grenzen eines Hosts über einen Elektronikbus erreicht,
weil die verfügbare
Bandbreite beschränkt
ist. Die Zurückhaltung der
Industrie ist durch viele Faktoren angeheizt worden einschließlich der
Tatsache, dass ein vollständig
optisches LAN einen komplett neuen Satz an Komponenten erfordert
wie z.B. abstimmbare Laser, abstimmbare Filter, verstärkende passive
Sternkoppler und ähnliches.
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Demnach
gibt es einen Bedarf, gesamtoptische Architektur zu entwickeln für ein Lokalbereichsnetz
unter Verwendung von Schalttechnologien, die Kommunikationen zwischen
Knoten innerhalb eines gesamtoptischen Lokalbereichsnetzes unterstützen und
die Komplexität
und fehlende Flexibilität
permanent oder statistisch eingestellter Leitungsverbindungen zu
reduzieren, die in konventionellen optischen Netzen benötigt werden.
Es gibt auch einen Bedarf, ein optikeinschließendes Lokalbereichsnetz zu
entwickeln, das Datentransparenz bereitstellt, d.h. ein Netz, das
die Fähigkeit
hat konkurrierendes Senden von beliebigen Signaltypen einschließlich Analogsignalen
(wie z.B. Radar, NTSC-Video, Sensorsignalen etc.), Digitalsignalen,
Signalmodulationen und irgendwelchen anderen Arten von Signalformaten
vorzunehmen, die verwendet würden
zum Implementieren von Datenübertragungen.
Das gewünschte
Netz wird auch nicht spürbaren
Speicherzugriff umfassen, wodurch Knoten im Netz im Stande sind,
Speicher von anderen Knoten in nahtloser Weise zu adressieren.
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RESÜMEE DER
OFFENBARUNG
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Die
vorliegende Offenbarung beschreibt fortschrittliche Verfahren und
Architekturen optischen Burst-vermittelter Netze bzw. OBS-Netze
wie z.B. Lokalbereichsnetze (LAN) oder Weitbereichsnetze (WAN) mit
fälligkeitsnaher
bzw. Just-In-Time-Signalisierung
(JIT-Signalisierung) und zusätzlichen
fortschrittlichen Merkmalen wie beliebiges Senden von Daten, Speicherzugriff,
Einzelwellenlängensende/Empfangskommunikation
und vereinheitlichte Globaladressierungsskalierung. Ein optisches Burst- vermitteltes Weitbereichsnetz
(OBS-WAN) oder Lokalbereichsnetz (OBS-LAN) stellt einen gering latenten
und Träger-unabhängigen Datenpfad bereit.
Zudem ist ein OBS-Netz gemäß dieser
Offenbarung agnostisch in Bezug auf Signaltyp und Format. Demnach
kann das Netz eine große
Vielfalt an Analog- und Digitalformaten nebeneinander übertragen.
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Eine
beispielhafte Architektur eines optischen Burst-vermittelten Netzes bzw. OBS-Netzes umfasst
einen optischen Signalbus, der eine Signalkoppeleinrichtung einschließt wie z.B.
einen passiven Sternkoppler oder ein Array-Wellenleitergitter, und eine Vielzahl
von Netzadaptern, die in optischer Kommunikation stehen mit dem
optischen Signalbus und in Netzkommunikation mit Netzendgeräteeinrichtungen.
Die Netzadapter können
abstimmbare Empfänger,
Sender und Steuerlogik einschließen, die bidirektionale Bewegung
von Datensignalen als Bursts (schwallartig) zwischen der Endgeräteausrüstung und
dem OBS-Netz ermöglichen.
Zudem schließt das
OBS-Netz eine Steuereinrichtung eines optischen Busses (nachstehend
optischer Bus-Controller genannt) in optischer Kommunikation mit
dem optischen Signalbus über
eine einzelne oder mehrere Wellenlängen oder Kanäle aus dem
Band der Datenkanäle
ein zum Verarbeiten von Signalen von dem optischen Signalbus zum
Verbinden eines angeforderten Netzadapters mit einem anfordernden
Netzadapter in Übereinstimmung
mit einem vorbestimmten Benutzer-zu-Netz-Protokoll.
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In
einer Ausführungsform
kann der optische Signalbus als ein LAN implementiert werden und
der Netzadapter übernimmt
die Rolle konventioneller Netzschnittstellenkarten (NIC bzw. network
interface cards) durch Verbinden des LAN mit dem internen Bus eines
Client- oder Servercomputers. Einrichtungstreiber in dem Betriebssystem
des Endgerätehosts
stellen eine Verknüpfung
zwischen Ursprungsnetzprotokollen wie TCP/IP und dem Netzadapter bereit
oder irgendwelche anderen Arten von Protokollen, die verwendet werden
können als
Ursprungsnetzprotokolle. Alternative Protokollstapel können auch
unterstützt
werden wie Fiberchannel oder die neu entstehenden Transportschichtprotokolle,
die für JIT-Netze
definiert sind.
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In
einer anderen Ausführungsform
schließt der
optische Signalbus eine Vielzahl optischer Filter ein, wobei jedes
Filter einen Eingang hat, der ein optisches Eingangssignal empfängt, einen
ersten Ausgang, der ein Steuerkanalsignal an einen optischen Bus-Controller
sendet, und einen zweiten Ausgang, der ein Digitalsignal auf einer
individuellen Wellenlänge
sendet. Der optische Datensignalbus schließt eine Signalkoppeleinrichtung
ein wie z.B. einen Sternkoppler, der als zentraler Netzknoten für das Netz dient.
Der Sternkoppler hat eine Vielzahl von Dateneingängen in optischer Kommunikation
mit den zweiten Ausgängen
der Vielzahl optischer Filter, und eine Vielzahl von Ausgängen, die
ein kombiniertes Datensignal auf individuellen Wellenlängen senden.
Das kombinierte Datensignal wird von den Eingängen einer Vielzahl optischer
Koppler empfangen, wobei jeder Koppler einen ersten Eingang hat,
der ein von dem optischen Bus-Controller gesendetes Steuerkanalsignal
empfängt,
einen zweiten Eingang, der von dem Sternkoppler das kombinierte
Datensignal empfängt,
und einen Ausgang, der ein optisches Ausgangsignal sendet.
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Gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
schließt
ein optischer Busnetzadapter zum Implementieren in einem optischen
Burst-vermittelten Netz bzw. OBS-Netz, das ein optisches Filter
mit einem ein eingegebenes Signal empfangenden Eingang, einem ein
Datensignal sendenden ersten Ausgang und einem ein Steuersignal
sendenden zweiten Ausgang einschließt. Der Adapter schließt auch
einen Datenkanalempfänger
mit einem Eingang ein, der das von dem optischen Filter gesendete
Datensignal empfängt,
und einem Ausgang, der das Datensignal sendet und einen Steuerkanalempfänger mit einem
Eingang, der das Steuersignal von dem optischen Filter empfängt und
einen Ausgang, der das Datensignal sendet. Eine Schnittstelle der
physikalischen Schicht ist in dem Adapter eingeschlossen und umfasst
einen ersten Eingang, der das Steuersignal von dem Steuerkanalempfänger empfängt, einen zweiten
Eingang, der das Datensignal von dem Datenkanalempfänger empfängt, einen
ersten Ausgang, der das Steuersignal sendet und einen zweiten Ausgang,
der das Datensignal sendet.
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Der
Adapter schließt
auch einen Steuernachrichtenprozessor ein mit einem ersten Eingang, der
das Steuersignal von der Schnittstelle der physikalischen Schicht
empfängt
und einem Ausgang, der eine Steuernachricht sendet, wobei der Steuernachrichtenprozessor
in Kommunikation steht mit einem Adaptersteuerprozessor und einem
Pufferspeicher zum Bestimmen von Steuerkriterien und einer elektronischen
Rückseiten-Schnittstelle mit
einem ersten Eingang, der das Datensignal von der Schnittstelle der
physikalischen Schicht empfängt,
einem zweiten Eingang, der die Steuernachricht von dem Steuernachrichtenprozessor
empfängt,
und einem Ausgang, der das Datensignal und die Steuernachricht sendet.
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Ein
optischer Bus-Controller, der in einem beispielhaften optischen
Burst-vermittelten Netz bzw. OBS-Netz implementiert ist, kann gegebenenfalls eine
Vielzahl optisch-zu-elektrisch- bzw.
optoelektrischer Konverter einschließen, wobei jeder Konverter einen
Eingang hat, der ein optische Signal empfängt und einen Ausgang, der
ein elektrisches Signal zu einer Vielzahl von Eingangsnachrichtenmaschinen
(Ingress-Message-Engine),
wobei jede Eingangsmaschine einen Eingang hat, der die Ausgangsgröße eines
optoelektischen Konverters empfängt,
wobei die Eingangsnachrichtenmaschine die Nachricht analysiert bzw.
parst und basierend auf Momentanzustand und Protokollantworten agiert.
Der Bus-Controller schließt
eine Adressauflösungstabelle
ein, die mit der Vielzahl von Eingangsnachrichtenmaschinen kommuniziert
und die Eingangsnachrichtenmaschinen mit Weiterleitungsinformation versieht,
und Kanalarbitrierungslogik, die mit der Vielzahl von Eingangsmaschinen
kommuniziert zum Bestimmen des Weiterleitungsplans basierend auf
Eingaben von den Eingangsmaschinen und der Adressauflösungstabelle.
Der Controller schließt
auch eine Vielzahl von Ausgangsnachrichtenmaschinen (Egress-Message-Engines)
ein, wobei jede Ausgangsmaschine einen Eingang hat, der Kommunikation
von der Kanalarbitrierungslogik empfängt und einen Ausgang, der
Planungsdaten sendet, und eine Vielzahl von elektrooptischen Konvertern,
wobei jeder Konverter einen Eingang hat, der Daten von den Ausgangsmaschinen
empfängt
und einen Ausgang, der Daten zu dem optischen Signalbus sendet.
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Ein
beispielhaftes Verfahren organisiert das Senden konkurrierender
Signale über
das OBS-Netz beliebiger Signaltypen. Beispielsweise werden Digitalsignale,
Analogsignale, modulierte Signale und ähnliches durch das OBS-Netz
in konkurrierender Weise gesendet. Das Verfahren verwendet eine
optische Burst-vermittelte Busarchitektur bzw. OBS-Architektur in
Verbindung mit dem Just-In-Time-Signalisierungsprotokoll
zum Realisieren eines Netzes, das Datentransparenz ermöglicht.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
der Offenbarung stellt ein Netzmanagementverfahren umfassenden Speicherzugriff
in einem Lokalbereichsnetz (LAN) bereit. Gemäß dem beispielhaften Verfahren
sind Knoten in dem Netz konfiguriert, um in nahtloser Weise Speicher
anderer Knoten zu adressieren, die das Netz umfasst. Das Managementverfahren
ermöglicht
es dem OBS-Netz, WAN/LAN-Anwendungen und Speicherbereichsnetzanwendungen (SAN-Anwendungen)
zu verschmelzen.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
wird ein Netzmanagementverfahren bereitgestellt zum Ermöglichen
des Sendens und Empfangens optischer Signale auf einer einzelnen
Wellenlänge
zum Eliminieren des Bedarfs nach optischen Signalisierungskomponenten
in der Netzarchitektur. Beispielsweise kann das Verfahren implementiert
werden durch das Zulassen einer Wellenlänge pro Netzadapter, welche für eine Implementierung
mit passiver Einrichtung sorgt gegenüber aktiven Schaltkomponenten.
Wenn in einem OBS-Netz implementiert, können ein passiver Sternkoppler
oder ein Array-Wellenleitergitter als passiver nicht blockierender
Vermittlungs-Schalter dienen. Das beispielhafte Verfahren kann weiter
eine vereinheitlichte globale Adressierung-Skalierung ermöglichen von dem CPU-Adressraum
zum Weitbereichsnetz (WAN) in Kombination mit der OBS-Architektur. Im Gegensatz
zum konventionellen Adressieren mit fester Länge stellt dieses Verfahren
eine effizientere Vorrichtung der Netzadressierung bereit.
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Noch
andere Vorteile der im vorliegenden Fall offenbarten Verfahren und
Systeme werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung leicht
ersichtlich, einfach als Erläuterung
der Offenbarung und nicht einschränkend betrachtet. Wie erkannt werden
wird, sind das Kapazitätsplanungsverfahren und
System im Stande, andere und unterschiedliche Ausführungsformen
anzunehmen und einige ihrer Details können in vielfacher offensichtlicher
Hinsicht modifiziert werden, alles ohne von der Offenbarung abzuweichen.
Demgemäss
sind die Beschreibung und die Zeichnungen als erläuternd und
nicht als einschränkend
zu betrachten.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beiliegenden Zeichnungen, die in der Spezifikation enthalten sind
und einen Teil davon bilden, stellen beispielhafte Ausführungsformen
dar. Es zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm eines beispielhaften optischen Burst-vermittelten
Lokalbereichsnetzes (OBS-LAN);
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2 ein
Blockdiagramm eines beispielhaften optischen Signalbusses zur Verwendung
in einem OBS-LAN;
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3 ein
Blockdiagramm einer beispielhaften optischen Busnetzadapterkomponente
eines beispielhaften OBS-LAN;
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4 ein
Blockdiagramm eines beispielhaften optischen Bus-Signalcontrollers
(Signalsteuereinrichtung) zur Verwendung in einem OBS-LAN;
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5 ein
Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Verfahrens für konkurrierende Datenübertragung
beliebiger Signaltypen durch ein OBS-LAN, ein JIT-Signalisierungsprotokoll
implementierend;
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6 ein
Signalisierungsschema-Diagramm für
Just-In-Time-Signalisierung
(JIT-Signalisierung), die in Verbindung mit einem OBS-LAN oder WAN
implementiert wird, in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung;
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7 ein
Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Senden und Empfangen
optischer Daten auf einer einzelnen Wellenlänge pro Adapter in einem OBS-LAN,
das JIT-Signalisierung implementiert;
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8 ein
Ablaufdiagramm zum Darstellen der Schritte eines beispielhaften
Verfahrens zum Speicherzugriff in einem JIT-Signalisierung implementierenden
OBS-LAN;
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9 ein
Blockdiagramm eines beispielhaften optischen Busschalters zur Verwendung
in Verbindung mit JIT-Signalisierung;
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10 ein
Blockdiagramm beispielhafter Speicherknoten und zugeordneten Speichers;
und
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11 ein
Ablaufdiagramm zum Erläutern der
Schritte eines Verfahrens zur vereinheitlichten Globaladressierungsschematisierung
in einem OBS-LAN,
das JIT-Signalisierung implementiert.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
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In
der folgenden Beschreibung werden zum Zwecke der Erläuterung
zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden
Offenbarung zu vermitteln. Es wird jedoch Fachleuten ersichtlicht,
dass das präsentierte Verfahren
und System ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. An
anderen Stellen werden wohlbekannte Strukturen und Einrichtungen in
Blockdiagrammform gezeigt, um eine unnötige Verschleierung der vorliegenden
Offenbarung zu vermeiden.
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Ein
beispielhaftes Netz gemäß dieser
Offenbarung verwendet fortschrittliche Burst-Vermittlungstechnologien
und Just-In-Time-Signalisierungsprotokolle
zum Organisieren und Implementieren des Netzes, welche es einem
Vermittlungsnetz ermöglichen, Daten
in Päckchen
variabler Größen zu liefern
und vermitteln, und im Wesentlichen den Bedarf nach permanent oder
statistisch bereitgestellten Leitungsverbindungen zu eliminieren.
Burst-Vermittlung erfordert keine Pufferung innerhalb des Netzes.
Statt dessen kann das Vermitteln von variabel großen Bursts durch
Verwenden eines Reservierungsmechanismus bei ihrem Auftreten (on
the fly) ausgeführt
werden. Zwischen-Vermittlungsschalter werden nur für eine kurze
Zeitdauer konfiguriert, gerade ausreichend, um den Burst durchzulassen,
und sind unmittelbar danach verfügbar
zum Vermitteln anderer Bursts. Der Hauptunterschied von dem Paketvermittlungsparadigma
ist das Fehlen von Pufferung und der viel breitere Bereich der Burstlängen von sehr
kurz (d.h., "Pakete") bis sehr lang (d.h., "Leitungsverbindungen").
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Ein
OBS-LAN ist agnostisch in Bezug auf Signaltyp und Format derart,
dass das Netz eine weite Vielfalt von Analog- und Digitalformaten
nebeneinander übertragen
kann. Das OSB-LAN verwendet mehrere Wellenlängen, die im Stande sind, innerhalb
optischer Fasern übertragen
zu werden. Die Faser enthält
mehrere Datenpfade innerhalb einer einzelnen Faserverbindung. Das
OBS-LAN ermöglicht
es IP, iSCSI und anderen Protokollen, über diese Wellenlängen zu
individuell adressierbaren Netzadaptern (NA) gesendet zu werden
oder rundgesendet zu werden an irgendeine Anzahl an Netzadaptern.
Die Netzadapter stellen die Schnittstelle zwischen dem Netz und
der Netzendgeräteausrüstung bereit
wie z.B. Telefonen, Computern, Servern, Alt- bzw. Stamm-Netzschnittstellen
und ähnlichem.
Zudem stellen Netzadapter hartverdrahtete Steuerlogik bereit, die
bidirektionale Bewegung von Datensignalen als Bursts zwischen der
Endgeräteausrüstung und
dem Netz ermöglicht,
und Datensignalpuffer, die ein burstartiges Steuern von Datensignalen
und der Zeitabstimmung bzw. dem Timing für das Senden und den Empfang von
Datensignalen bereitstellen. Die Netzadapter stellen auch Logik
zum Unterstützen
von Funktionen höherer
Schichten bereit einschließlicht
vektorabgebildetem Direktspeicherzugriff (DMA) und Leitungsgeschwindigkeitsweiterleitungs-Fehlerkorrektur (FEC)
und eine Netzschnittstelle, die die Benutzer-Netz-Signalisierungsfunktion
unterstützt
während
des Bereitstellens eines getrennten optischen Kanals für die Datensignalsende-
und Empfangsfunktion. Die OSB-LAN-Architektur unterstützt sowohl asynchrone Einzelbursts
mit einer Haltezeit, die kürzer
ist als der Durchmesser des Netzes als auch leitungsvermittelte
optische Pfade mit einer Haltezeit, die länger ist als der Durchmesser
des Netzes. Die Architektur stellt Außerband-Signalisierung auf
einem einzelnen Kanal bereit. Der Signalisierungskanal erfährt eine
elektrooptische Umsetzung bei jedem Knoten, um Signalisierungsinformation
für Zwischenvermittlungsschalter
verfügbar
zu machen. In der OSB-LAN-Architektur ist der Datenkanal/Pfad transparent
zu den Zwischennetzeinheiten, d.h., keine elektrooptische Umsetzung
findet bei Zwischenknoten wie z.B. Netzknoten, passiven Sternkopplern (PSC),
Array-Wellenleitergittern statt, und es werden keine Annahmen getroffen über Datenraten
oder Signalmodulation. Die Architektur ist derart, dass die meisten
Verarbeitungsaufgaben nur an den Randknoten unterstützt werden,
wobei die Kernvermittlungsknoten, Netzknoten und/oder PSC einfach
gehalten werden. Zusätzlich
wird die Einfachheit der Architektur auch dadurch erreicht, dass
keine globale Zeitsynchronisation zwischen Knoten bereitgestellt wird.
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Just-In-Time-Signalisierung
bezieht sich auf als Bursts übertragene
Information. Eine Burstlänge wird
als eine Zeit bestimmt und kann schwanken zwischen einigen Nanosekunden
bis zu Stunden oder Tagen. JIT trifft auch keine Annahme über das
Informationsformat innerhalb eines Bursts, welches analog oder digital
sein kann. Zudem wird keine Annahme getroffen über das Modulationsverfahren
oder die Modulationsdichte (Bitrate oder Bandbreite). In einem ein
Just-In-Time-Signalisierungsprotokoll
bzw. JIT-Signalisierungsprotokoll verwendeten Netz werden Signalisierungsnachrichten
gerade vor den Daten gesendet, um die Zwischenvermittlungsschalter bzw.
Knoten zu informieren. Der gemeinsame Faden ist das Eliminieren
von Rundreisewartezeit bevor die Information gesendet wird. In dem
JIT-Ansatz, der auch Erzähl-
und Geh-Ansatz genannt
wird, werden Schaltelemente innerhalb des Netzes für einen
kommenden Burst konfiguriert sobald die erste empfangene Signalisierungsnachricht,
die den Burst ankündigt,
empfangen wird.
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Im
Zusammenhang mit der OSB-LAN-Architektur wird JIT-Signalisierung außer-Band
ausgeführt während die
Daten transparent sind zu Zwischennetzeinheiten. Diese Transparenz
bedeutet, dass keine elektrooptische Umsetzung in Zwischenknoten wie
z.B. passiven Sternkopplern (PSC), Arraywellenleitergittern, Netzknoten
oder Vermittlungsschaltern vorgenommen wird, und an den Knoten keine
Annahme getroffen wird in Bezug auf Datenrate oder Modulationsverfahren.
In einem JIT-implementierten Netz werden Signalisierungsnachrichten
durch alle Zwischenknoten verarbeitet und als solches wird elektrooptische
Umsetzung ausgeführt.
Optische Kommunikation wird derart durchgeführt, dass ein einzelner hochkapazitiver
Signalisierungskanal bzw. eine entsprechende Wellenlänger pro
Faser zugeordnet ist. Die Grundannahme der Architektur ist, dass
Daten, die in Bursts aggregiert sind, von einem Punkt zu dem anderen
durch Einrichten des optischen Pfades gerade vor dem Ankommen der
Daten übertragen werden
können.
Diese Annahme kann durch Senden einer Signalisierungsnachricht vor
den Daten zum Einrichten des optischen Kommunikationspfades erreicht
werden. Sobald die Kommunikation der Datenübertragung abgeschlossen ist, überschreitet
die Verbindung entweder die Zeit oder wird durch das Protokoll ausgelöst.
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Basisvermittlungsarchitektur
nimmt das Vorhandensein einer Anzahl von Eingangs- und Ausgangsdaten
und/oder Signalisierungsports an, jeweils mehrere Wellenlängen übertragend.
Eine getrennte Wellenlänge
auf jeden dieser Ports ist dediziert für das Übertragen des JIT-Signalisierungsprotokolls.
Irgendeine Wellenlänge
(ausschließlich
der Signalisierungskanalwellenlänge)
auf einem kommenden Port kann entweder zur selben Wellenlänge auf
irgendeinem ausgehenden Port geschaltet werden (keine Wellenlängenumsetzung)
oder an irgendeine Wellenlänge
an irgendeinem ausgehenden Port (Teil- oder Totalwellenlängenumsetzung).
Die Schaltzeit wird als im Sub-Mikrosekundenbereich
liegend angenommen. In dieser Architektur muss eine Signalisierungsnachricht,
die versucht, einen Pfad einzurichten, über den ein Burst von einem
Endpunkt zu einem anderen reist, alle Zwischenvermittlungsschalter
oder Komponenten des WAN in Bezug auf die Ankunft des Bursts informieren,
um es ihnen zu ermöglichen,
ihre optischen Querverbindungskonfigurationen einzurichten, um die
Daten auf einer der Wellenlängen
zu kanalisieren. Sie kann sie auch optional in Bezug auf die Dauer
des Bursts informieren. Üblicherweise
wird jeder Schalter im Netz mit einem Zeitablaufs- bzw. Terminplaner
konfiguriert, der im Stande sein wird, die Vermittlungskonfigurationen nach
zu verfolgen wie z.B. die Wellenlängenbenutzung, und ihnen zeitig
zu erlauben, Daten zwischen den jeweiligen Knoten weiterzuleiten.
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Hardwarearchitektur
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1 stellt
ein beispielhaftes OBS-LAN dar, das ein JIT-Signalisierungsprotokoll implementiert. Das
Netz ist als gefaltet gekennzeichnet und ein Vollduplexnetz. Das
obige OBS-LAN 100 umfasst einen optischen Signalbus 200,
einen optischen Bus-Controller 300 und eine Vielzahl von
Netzadaptern 400. Kollektiv werden der optische Bus-Controller 300 und der
optische Signalbus 200 als Netzknoten bzw. HUB bezeichnet.
Zudem wird der optische Signalbus 200 üblicherweise in Netzwerkkommunikation
mit einer oder mehreren Optonetz-Schnittstelleneinrichtungen 500 stehen,
die außerhalb
des OBS-LAN 100 sind und eine Netzschnittstelle zu externen
Netzen bereitstellen. Beispielsweise können die Netzadapter U-N-S-Einrichtungen
bzw. Benutzer-zu-Netz-Schnittstelleneinrichtungen
(User to Network Interface) sein und Netzschnittstelleneinrichtungen 200 können N-N-S-Einrichtungen bzw.
Netz-zu-Netz-Schnittstelleneinrichtungen (Network to Network Interface)
sein.
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Der
optische Signalbus 200 steht in Netzkommunikation mit dem
optischen Bus-Controller 300 und der Vielzahl von Netzadaptern 400.
Die Netzadapter 400 stellen Netzverbindbarkeit mit Endgeräteausrüstung bereit
wie z.B. Serversystemen, Telefonen, Computern, Stammnetzschnittstellen
und ähnlichem.
Faserpaare, die aus einer Sende- und Empfangsfaser bestehen, verbinden
die Vielzahl von Netzadaptern 400 mit dem optischen Signalbus 200. Jede
Faser in dem Paar überträgt zwei
optische Signale: (1) ein digitales Steuersignal zum Senden und/oder
Empfangen von Steuersignalen, und (2) ein Datenkanal zum Senden
und/oder Empfangen von Daten von einem Knoten innerhalb des Netzes
zu einem anderen. Die Steuerkanäle
im System verwenden alle die selbe Wellenlänge und stellen einen dedizierten
Pfad zwischen jedem Netzadapter 400 und dem optischen Bus-Controller 300 bereit.
Jeder Netzadapter 400 hat eine einzigartige Wellenlänge, die
er verwendet zum Senden über
den Datenkanal. Der Empfänger
jedes Adapters ist im Stande, rasch entweder elektronisch oder optisch
abgestimmt zu werden auf die Sendewellenlänge eines anderen Adapters,
mit dem er zu kommunizieren wünscht.
Der optische Signalbus 200 verteilt das optische Signal
von einem Senderadapter zu allen mit dem Bus 200 verbundenen
Adaptern. Der optische Bus-Controller 300 stellt ein Verbindungsauflösungsprotokoll
zur Verwendung des Empfangskanals des Adapters bereit. Da jeder
Adapter eine einzigartige Sendewellenlänge hat, kann es für alle Adapter
möglich
sein, gleichzeitig den Bus 200 ohne Konkurrenzsituation
zu verwenden unter der Voraussetzung, dass jeder Sender ein unterschiedliches
Ziel sucht.
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(1) Optischer Signalbus
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Das
beispielhafte OBS-LAN 100, wie es in 1 gezeigt
ist, verwendet einen passiven Sternkoppler oder ein Arraywellenleitergitter
als zentralen Netzknoten. 2 zeigt
ein Blockdiagramm der Architektur für den optischen Signalbus 200 des OBS-LAN 100 in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung. Der optische Signalbus 200 ist
dadurch gekennzeichnet, dass er ein ungefaltetes Vollduplex-Netz
ist. Der optische Signalbus 200 schließt einen Sternkoppler 210 ein,
eine Vielzahl optischer Filter 220 und eine Vielzahl von
optischen Kopplern 230. Der optische Bus-Controller 300 erzeugt
und verarbeitet Signalisierungsnachrichten und hält Zustände aufrecht. Daten werden
mit Statusinformation zu dem Host geleitet.
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Die
Vielzahl optischer Filter 220 und optischer Koppler 230 stehen
in Eins-zu-Eins-Zusammenhang mit entsprechenden Netzadaptern 400 (in 2 nicht
gezeigt). Fasern 240 stellen Netzverbindbarkeit zwischen
Sendern der Vielzahl von Netzadaptern 400 (in 2 nicht
gezeigt) und der Vielzahl optischer Filter 220 bereit.
Die Vielzahl optischer Filter 220 dient zum Aufteilen des
Steuerkanals, d.h., des Signalisierungskanals, der eine dedizierte
Wellenlänge
ist, von dem Adaptersendesignal, und leiten den Steuerkanal zu dem
optischen Bus-Controller 300 (in 2 nicht
gezeigt) über
Steuerkanalübertragungsfasern 250.
Zudem dient die Vielzahl optischer Filter 220 dem Aufspalten
des Datensignalabschnittes des Adaptersendesignals und leitet den
Datensignalabschnitt zu dem Sternkoppler 210 über Fasern 260.
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Der
Sternkoppler 210 dient zum Kombinieren der Datensignale,
die von der Vielzahl von Netzadaptern 400 gesendet werden,
wobei jedes Datensignal auf einer separaten Wellenlänge gesendet wird.
Sobald die Datensignale kombiniert sind, spaltet der Sternkoppler 400 das
kombinierte Signal auf und verteilt das kombinierte Signal an alle
der Vielzahl von optischen Koppler 230 über Fasern 270. Die Vielzahl
optischer Koppler 230 dient zum Kombinieren des Ausgangssteuerkanalsignals,
das von dem optischen Bus-Controller 300 über Fasern 280 gesendet
wird und des entsprechenden Datenkanalsignals auf einer Faser 290,
welche mit dem Empfänger eines
der mehreren Netzadapter 400 verbunden ist.
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Der
Sternkoppler 210 kann eine passive Einrichtung sein, wenn
eine minimale Anzahl an Netzadaptern 400 in dem OBS-LAN 100 verwendet
wird. Wenn beispielsweise acht (8) oder weniger Netzadapter 400 in
dem Netz 100 verwendet werden, die Anzahl an Kanälen auf
acht (8) oder weniger beschränkend,
kann der Sternkoppler 210 eine passive Einrichtung sein.
Wenn mehr Netzadapter 400 und demnach mehr Kanäle verwendet
werden, dann kann eine optische Verstärkung in dem Sternkoppler 200 erforderlich
sein, um durch das Aufspalten und ähnliches bedingte Dämpfungen
im Signal auszuräumen.
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(2) Netzadapter
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3 zeigt
ein Blockdiagramm eines in dem OBS-LAN 100 implementierten
Netzadapters 400 in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung. Der Netzadapter 400 stellt eine
Schnittstelle zwischen dem Netz und der Netzendgeräteausrüstung wie
z.B. Telefonen, Computern, Servern, Stammnetzschnittstellen und ähnlichem
bereit, die an das OBS-LAN 100 koppeln. Zudem stellt der
Netzadapter 400 eine hart verdrahtete Steuerlogik bereit,
die eine bidirektionale Bewegung von Datensignalen als Bursts zwischen
der Endgeräteausrüstung und
dem Netz ermöglicht
und die Datensignalpuffer, die eine Zeitabstimmung bzw. ein Timing
zum Senden und Empfangen von Datensignalen bereitstellen. Die Netzadapter 400 stellen
auch eine Logik zum Unterstützen
von Funktionen oberer Schichten bereit einschließlich vektorabgebildetem Direktspeicherzugriff
(DMA) und Leitungsgeschwindigkeitsweiterleitungs-Fehlerkorrektur
(FEC) und einer Netzschnittstelle, die die Benutzernetzsignalisierungsfunktion
unterstützt
während
des Vorsehens eines separaten optischen Kanals für die Datensignalsende- und
Empfangsfunktion.
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Der
Netzadapter 400 umfasst zwei Sätze von Sendern und Empfängern entsprechend
dem Steuerkanalsender und Empfänger 410 und
dem Datenkanalsender und Empfänger 420.
Auf der Senderseite kombiniert ein optischer Koppler 430 das
Steuerkanalsignal mit dem Datenkanalsignal und sendet das kombinierte
Signal zur Faser 240. Auf der Empfangsseite trennt ein
optisches Filter 440 das Steuerkanalsignal von dem Datenkanalsignal
ab, welche von der Faser 290 empfangen werden.
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Der
Steuerkanal- und der Datenkanalempfänger können feste oder abstimmbare
Empfänger sein.
Beispielsweise kann der abstimmbare Empfänger eine Wellenlängenfiltereinrichtung
umfassen, die optische Wellenlängen
zu einem Array von dichtem Wellenlängenmultiplex (dWDM) ausgeben,
an dem die Empfänger
eine O/E-Umwandlung ausführen
und der Ausgang der Empfänger
elektronisch geschaltet wird. Andere Einrichtungen zum Bereitstellen
abstimmbarer Empfängerfunktionen
können
ebenfalls verwendet werden und liegen innerhalb des Schutzbereichs
dieser Offenbarung. Der Steuerkanal- und der Datenkanalsender können feste
oder abstimmbare Sender sein. In eingeschränkten Ausführungsformen könnte der
Sendelaser auf eine festgelegte Wellenlänge abstimmbar sein. Jedoch
werden in den meisten Fällen
groß-vernetzte
abstimmbare Laser erforderlich sein zum Organisieren des Datenstroms innerhalb
des OSB-LAN 100. In einem Beispiel ist einer von dem Steuerkanalempfänger und
Sender abstimmbar. In ähnlicher
Weise ist einer von dem Datenkanalempfänger und Sender abstimmbar.
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Der
Steuerkanalsender und Empfänger
steuern das Abstimmen des Sendens und des Empfangs von Kommunikationen über ein
Just-In-Time-Benutzer-zu-Benutzer-Netzprotokoll.
Der Steuerkanal wird über
einen optischen Pfad bereitgestellt und erfordert üblicherweise
eine Rahmenstruktur. Ein Kodierschema, das eine Gleichspannungsausgewogenheit
des Bitstroms sicherstellt, wird zum Umsetzen der Datenbits in Rahmen
verwendet. Eine Präambel
zu Beginn des Rahmens wird für
die Rahmensynchronisation auf der Empfängerseite verwendet.
-
Beispielsweise
können
gegebenenfalls ein 64/66B- oder 8/10B-Kodierschema zum Umsetzen der Datenbits
in Rahmen verwendet werden. Das 64/66B-Schema wird vorgezogen weil
es den Vorteil des niedrigeren Bandbreitenüberhangs liefert. Zum Aufrechterhalten
von Verbindungssynchronisation können
Ruhezustandsmuster vom Steuersignal zu dem optischen Signalbus 200 gesendet
werden, wenn keine Daten gesendet werden. Zudem werden Datenoktetten
typischerweise vor dem Senden unter Verwendung eines bekannten Verwürfelungsschemas
verwürfelt.
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Der
Steuerkanal arbeitet üblicherweise
bei einer Frequenz, die größer ist
als etwa 500 MHz oder 1 Gbps zum Minimieren der Signaldurchsatzverzögerung.
Der Steuerkanal kann über
eine getrennte optische Faser transportiert werden oder als eine
dedizierte ITU-dWDM-Wellenlänge
innerhalb der Datenpfadfaser. Wenn über eine Wellenlänge innerhalb
der Datenpfadfaser transportiert, wird der Steuerkanal an den Eingangs-
und Ausgangsportschnittstellen zu dem Netzknoten demultiplexiert
und einer optoelektrischen Umwandlung unterzogen.
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Im
Betrieb, sobald die Netzadapter 400 mit dem optischen Signalbus 200 des
OBS-LAN 100 verbunden sind, werden die Netzadapter 400 auf
den Bus 200 zugreifen (frame up) und dann ein Knoten-präsentes Paket über den
Steuerkanal durchsetzen. Der optische Signalbus 200 verifiziert
die Verbindung und weist dem neuen Knoten eine Adresse zu. Der Netzadapter 400 verwendet
diese Adresse für alle
weiteren Kommunikationen. Ein typisches Adressierungsschema, das
hierarchische Knotenadressierung mit variabler Adresslänge verwendet,
kann eingesetzt werden.
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Der
Steuerkanalsender und Empfänger 410 und
der Datenkanalsender und Empfänger 420 sind in
Kommunikation mit der Schnittstelle der physikalischen Schicht 450,
die nachstehend PHY-Schnittstelle 450 genannt wird. Die
PHY-Schnittstelle 450 stellt die
elektrische und mechanische Verbindung zwischen der Datenkommunikationsausrüstung (DCE) und
der Datenendgeräteausrüstung (DTE)
bereit. Die PHY- Schnittstelle 450 schließt eine
Reihe von Modulen ein, die die optischen Sender und Empfänger implementieren.
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Von
den Datenkanalsendern und Empfängern 420 empfangene
Daten werden direkt zu der elektronischen Rückseiten-Schnittstelle 460 über die PHY-Schnittstelle 450 geleitet.
Der Steuerkanalsender und Empfänger 410 stehen
in Kommunikation mit dem Steuernachrichtenprozessor 470 über die PHY-Schnittstelle 450.
Der Steuerprozessor 470 implementiert das vorbestimmte
OBS-LAN-Protokoll, üblicherweise
ein Just-In-Time-Protokoll
bzw. JIT-Protokoll oder ein anderes geeignetes Protokoll, das im
Stande ist, optische Burst-vermittelte Kommunikation auszuführen. Der
Steuernachrichtenprozessor 470 steht in Kommunikation mit
dem Adaptersteuerprozessor 450 und dem Pufferspeicher 490, die
zum Steuern der Zeitabstimmung bzw. des Timing des Sendens und Empfangens
von Datenkommunikationen innerhalb des OBS-LAN 100 dienen. Der
Pufferspeicher 490 ist erforderlich zur Warteschlangenbildung
der Datenanforderungen.
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Weiterleitungsfehlerkorrektur
bzw. FEC (vom englischsprachigen Ausdruck Forward Error Correction) 492 wird
optisch in spezifischen Ausführungsformen
der Netzadapter 200 der vorliegenden Offenbarung implementiert.
Es ist wünschenswert,
dem Bedarf der Neusendevorgänge
von Datenbursts zu minimieren wenn Bitfehler in dem Netz erfasst
werden und für
Bursts, die bedingt durch Blockiervorgängen im Kernnetz verloren gehen.
Beispielsweise kann in einer Chip-zu-Chip- und einer Leiterplatte-zu-Leiterplatte-Kommunikation
eine Weiterleitungsfehlerkorrektur gegebenenfalls nicht erforderlich
sein. Zudem kann FEC in Lokalbereichsnetz- und Weitbereichsnetzumgebungen
erforderlich sein, wo die Bitfehlerrate bzw. BER hoch wird.
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(3) Optischer Bus-Controller
-
4 stellt
ein Blockdiagramm einer optischen Bussteuerungseinrichtung bzw.
eines optischen Bus-Controllers 300 dar, der in einem OBS-LAN 100 in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung implementiert wird. Der Bus-Controller 300 verwendet
Hardwareprotokollbeschleunigung zum Verarbeiten von Signalkanälen. Der
Controller 300 verarbeitet Signalisierungskanäle zum Verbinden
von angeforderten Netzadaptern 400 mit anforderten Netzadaptern 400 in Übereinstimmung
mit dem Benutzer-zu-Netz-Protokoll. Der optische Bus-Controller 300 leitet
die Sender- und Empfängerabstimminformation
an den angeforderten Netzadapter 400 weiter. Basierend
auf der Abstimminformation stimmt der angeforderte Netzadapter 400 seinen
Empfänger
ab, um Datenbursts, die von dem anfordernden Netzadapter 400 veranlasst
werden, in geeigneter Weise zu empfangen. Der Bus-Controller 300 implementiert
auch das JIT-Netz-zu-Netz-Protokoll
zum Unterstützen
von LAN-Verbindung.
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Der
optische Bus-Controller 300 umfasst eine Vielzahl von Eingangsmaschinen
bzw. Ingress-Maschinen 310 (eine pro Steuerkanal oder gemeinsam über mehrere
Steuerkanäle),
eine Vielzahl von Ausgangsmaschinen bzw. Egress-Maschinen 320 (eine
pro Steuerkanal oder über
mehrere Steuerkanäle).
Der optische Bus-Controller 300 schließt ferner eine Arbitrierschaltung 330 ein,
Elektro-zu-Opto-Umsetzer bzw. E/O-Umsetzer 340, Opto-zu-Elektro-Umsetzer
bzw. O/E-Umsetzer 350, eine Weiterleitungsdatentabelle 360 und
einen eingebetteten Prozessor 370.
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JIT-Protokollnachrichten
werden auf dem Signalkanal von dem optischen Signalbus 300 empfangen
und einer Optoelektroumwandlung über
die O/E-Umsetzer 350 unterzogen. Nach dem Abschluss des
Umwandlungsprozesses führt
die Eingangsmaschine 310 eine Analyse der JIT-Nachrichten
aus (Parsing) und agiert basierend auf der Momentanzustandsinformation,
die in der Verbindungstabelle (wie z.B. einer Hash-Tabelle) gespeichert
sind, und führt Protokollantworten
aus, wie sie in einer finiten Zustandsmaschine in Übereinstimmung
mit dem JIT-Protokoll definiert sind. Die meisten Nachrichten werden
das Nachschauen nach Weiterleitungsinformation aus den Weiterleitungstabellen 360 erfordern und
eine Kommunikation mit einer oder mehreren Ausgangsmaschinen 320 über Arbitrierungslogik 330.
Einige Nachrichten können
nicht von der Eingangsmaschine 310 behandelt werden und
werden demnach zu dem eingebetteten Prozessor 370 weitergeleitet
für eingehendere
und zeitintensive Entscheidungsfunktionen und Aktionen.
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Die
Arbitrierungslogik 330 ist eine Schaltung, die Nachrichten
von der Eingangsmaschine 310 zur Ausgangsmaschine 320 basierend
auf Ergebnissen der Nachschauvorgänge der Weiterleitungstabelle 360 weiterleitet.
In den Fällen,
in denen mehrere Anforderungen gleichzeitig zur selben Eingangsmaschine 320 gehen
entscheidet die Kanalarbitrierungslogik 330, welche Anforderung
zu bedienen ist. In jenen Fällen,
in denen eine angeforderte Ausgangsmaschine 320 mit dem
Bedienen einer anderen Anforderung beschäftigt ist, vermittelt die Arbitrierungslogik 330 ein
Beschäftigt-Signal
zu der Eingangsmaschine 310.
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Die
Weiterleitungstabelle 360 schließt Information ein, die die
logische Systemadresse auf die physikalischen Ports des Systems
abbildet. Dies ermöglicht
ein beliebiges Zuordnen von Systemadressen zu den physikalischen
Ports im System. Es wird auch verwendet zum Richten von zu Adressen
außerhalb
jener direkt mit dem Bus verbundenen gerichteten Informationen an
den richtigen Ort. Diesbezüglich
ist die Weiterleitungstabelle 360 üblicherweise in Kommunikation
mit einem Softwarecontroller 380, der außerhalb
der Architektur des optischen Bus-Controllers liegt.
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JIT-Protokoll
-
Wie
oben erwähnt
implementiert gemäß einer
Ausführungsform
dieser Offenbarung das OBS-LAN 100 Datenkommunikationen
unter Verwendung optischer Bursts so wie ein Just-In-Time-Steuerprotokoll.
Just-In-Time bzw. fälligkeitsnah bezieht
sich auf alle Informationsübertragungen
als Bursts. Eine Burstlänge
wird als eine Zeit bestimmt und kann von einigen Nanosekunden bis
zu Stunden oder Tagen reichen. JIT ermöglicht auch einen Annahme über das
Informationsformat innerhalb eines Bursts. Demnach kann die Information
innerhalb eines Bursts analog oder digital sein. Es wird keine Annahme
getroffen über
das Modulationsverfahren oder die Informationsdichte (Bitrate oder
Bandbreite).
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Eine
Anforderung zum Verwenden eines Busses wird mit einer Setup-Nachricht
veranlasst, die durch den Verursacher eines Bursts zu dem optischen
Bus-Controller 300 gesendet wird. Die Setup-Nachricht überträgt Parameter
bezüglich
der Verbindung. Diese Parameter schließen einen Burst-Beschreiber,
einen Quality-Off-Service- bzw. Dienstequalitätsbeschreiber (QoS-Beschreiber), Ende-zu-Ende-Verbindungsparameter,
eine Verbindungsreferenznummer und eine Wellenlänge zum Zulassen von Wellenlängeumwandlung
entlang der Strecke und Interoperabilität mit Drahtlosnetzen ein. Der
optische Bus-Controller 300 schaut
mit Verzögerungsschätzmechanismen
basierend auf der Zieladresse nach und sendet die aktualisierte
Verzögerungsinformation
an den Verursacher unter Verwendung einer Setup-ACK-Nachricht (Einricht-Bestätigungs-Nachricht),
und gleichzeitig bestätigt
er den Empfang der SETUP-NACHRICHT. Die Setup-ACK-Nachricht informiert
auch den Ursprungsknoten, d.h. den Veranlasser des Bursts, welcher
Kanal bzw. welche Wellenlänge
beim Senden eines Datenbursts zu verwenden sind.
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Der
Verursacher wartet eine erforderliche Zeitlang ab basierend auf
seiner Kenntnis bezüglich der
Rundreisezeit (Hin- und Rückwegzeit)
zu dem optischen Bus-Controller 300 und sendet dann den Burst
auf seiner Sendewellenlänge.
Die Setup-Nachricht wandert gleichzeitig quer über den Bussteuerkanal und
informiert das Ziel von der Burst-Ankunft. Wenn keine Blockade auf
der Strecke auftritt, erreicht die Setup-Nachricht den Zielknoten,
der dann den kommenden Burst kurz danach empfängt. Auf dem Empfang der Setup-Nachricht
kann der Zielknoten wählen,
eine CONNECT-Nachricht (Verbinden-Nachricht) zu senden, die eine
erfolgreiche Verbindung bestätigt.
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5 zeigt
ein beispielhaftes Verfahren zum Ausführen von Datenübertragung
in einem beispielhaften OBS-Netz, das JIT-Signalisierung implementiert, gemäß einer
Ausführungsform
dieser Offenbarung. Bei Schritt 1000 wird ein optikeinschließendes OBS-LAN
bereitgestellt, das ein JIT-Signalisierungsprotokoll
implementiert. JIT-Signalisierung ist dadurch gekennzeichnet, dass
Außer-Band-Signalisierung
durchgeführt
wird wobei die gesendeten Daten transparent zu den Zwischennetzeinheiten
sind. Diese Transparenz bedeutet, dass keine elektrooptische Umwandlung
in den Zwischenknoten vorgenommen wird. Bei Schritt 1010 wird
eine JIT-Signalisierungsnachricht
durch einen Knoten auf dem OBS-Netz zum Einrichten der optischen
Strecke für
eine nachfolgende Datenübertragungsnachricht
gesendet. Beim Schritt 1020 wird die JIT-Signalisierungsnachricht
durch Zwischenknoten im Netz verarbeitet, wobei elektrooptische
Umwandlung vorgenommen wird. Bei Schritt 1030 werden Sendenachrichten
eines beliebigen Typs durch die OBS-LAN-Architektur gesendet. Die
beliebigen Nachrichten können
Analogdatensendungen, Digitaldatensendungen, Modulationen oder ähnliches
sein. Da die Datensendungen durch das Netz kommuniziert werden,
ist eine elektrooptische Umwandlung nicht garantiert und es wird bei
den Knoten einschließlich
der Zwischenknoten keine Annahme getroffen in Bezug auf Datenrate oder
Modulationsverfahren. Abweichend von dem Senden von Daten werden
Signalisierungsnachrichten durch Zwischenknoten wie z.B. Netzknoten (HUB)
und passive Sternkoppler (PSC) oder Arraywellenleitergitter verarbeitet
und als solches wird eine elektrooptische Umwandlung vorgenommen. Optische
Kommunikation wird derart durchgeführt, dass ein hochkapazitiver
Signalisierungskanal bzw. eine oder mehrere Wellenlängen pro
Faser zugewiesen sind. Die Grundannahme der Architektur ist, dass im
Burst aggregierte Daten von einem Punkt zu dem anderen übertragen
werden können
durch Einrichten der optischen Strecke gerade vor der Ankunft der
Daten. Diese Annahme kann erfüllt
werden durch Senden einer Signalisierungsnachricht vor den Daten zum
Einrichten der optischen Kommunikationsstrecke. Sobald die Kommunikation
der Datenübertragung
abgeschlossen ist, wird die Verbindung durch Zeitablauf aufgehoben.
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JIT-Signalisierung
verwendet eine hierarchisches Adressierungsschema mit variabel langen Adressen.
Jedes Adressenfeld wird durch ein Adress-LV-Tupel (LV steht für Länge und
Wert bzw. length, value) repräsentiert.
Die Länge
der Adresse (beispielsweise in Bytes) wird 8 Bits zugeordnet, hierdurch
ein Maximum von 2048 Bitadresslänge
ermöglichend.
Der Gedanke der hierarchischen Adressierung setzt voraus, dass unterschiedliche
administrative Einheiten zuständig
sein können
für das
Zuordnen eines Teils der Adressenhierarchie, wobei es im Ermessen
der Länge
und der fernere hierarchischen Unteraufteilung des Adressraums belassen
wird. Die JIT-Signalisierung
steht im Gegensatz zu Adressierungsschemata fester Länge, bei
denen Blöcke
von Adressen für
unterschiedliche Einheiten zugeordnet werden müssen, in ineffizienter Verwendung
des Adressenraums resultierend.
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6 zeigt
ein Signalisierungsschemadiagramm für Just-In-Time-Signalisierung bzw. JIT-Signalisierung,
die in Verbindung mit einem OBS-LAN/WAN implementiert ist, in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 6 wird explizit
ein Einrichten und Abbauen der Verbindung ausgeführt. Signalisierungsnachrichten
in Form von SETUP-Nachrichten, die von dem rufenden Host gesendet
werden, veranlassen Zwischenknoten wie z.B. Vermittlungs-Schalter oder Netzknoten
mit PSC, d.h., den rufenden Vermittlungsschalter und den gerufenen
Vermittlungsschalter, Querverbindungen für kommende Verbindungen zu
konfigurieren. Zusätzliche
Signalisierungsnachrichten in Form von RELEASE-Nachrichten bzw. Freigabenachrichten
kündigen
an, wenn das Querverbindungselement für eine neue Verbindung verfügbar ist.
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Eine
Anforderung zum Verwenden eines Busses wird mit einer Setup-Nachricht 10 veranlasst, die
von einem rufenden Host (wie z.B. einem Netzadapter 400)
gesendet wird, der nach Plan vorgesehen ist, Daten in einem Burst
eingebettet an den optischen Bus-Controller 300 (wie z.B.
einen Netzknoten) auszusenden. Der optische Bus-Controller 300 konsultiert
einen Verzögerungsschätzmechanismus wie
z.B. eine Ingress- bzw.
Eingangsmaschine und Adressauflösungstabelle,
wie früher
diskutiert, basierend auf der Zieladresse und führt die aktualisierte Verzögerungsinformation
zu dem rufenden Host zurück
durch Senden einer SETUP-ACK-Nachricht 20, welche den Empfang
der Setup-Nachricht bestätigt. Die
SETUP-ACK-Nachricht
informiert auch den Ursprungsknoten, welcher Kanal bzw. welche Wellenlänge beim
Senden der Datenbursts zu verwenden ist.
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Der
rufende Host wartet auf den erforderlichen Umfang an Sendeverzögerungszeit
(XMT-DELAY) 40 basierend auf seiner Kenntnis in Bezug auf die
Rundreisezeit (Hin- und Rückwegzeit)
zu dem optischen Bus-Controller, und sendet dann optische Bursts
auf seiner Sendewellenlänge.
Die Setup-Nachricht 12, 14, 16 wandert
zur selben Zeit über den
Bussteuerkanal zum Informieren des Ziels in Bezug auf die Ankunft
des Bursts.
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Wenn
keine Blockade auf der Strecke auftritt, erreicht die Setup-Nachricht 12 den
gerufenen Host, welcher dann den kommenden optischen Burst 50 kurz
danach empfängt.
Die Setup-Nachricht überträgt mit sich
Parameter in Bezug auf die Verbindung des optischen Bursts. Diese
Parameter schließen
ein ohne darauf beschränkt
zu sein, einen Burstbeschreiber (Descriptor); einen Dienstequalitätbeschreiber
bzw. QoS-Beschreiber
einschließlich
erforderlicher Verbindungsbandbreite und Priorität; Ende-zu-Ende-Verbindungsparameter
einschließlich Kodierschema,
Modulationsschema und Signaltyp; eine Verbindungsreferenznummer,
die einzigartig ist in Bezug auf den rufenden Host; und eine designierte Wellenlänge, die
Wellenlängenumsetzung
entlang der Strecke und eine Interoperabilität mit Drahtlosnetzen zulässt. Auf
den Empfang der Setup-Nachricht 12 hin kann der gerufene
Host gegebenenfalls auswählen,
eine Connect-Nachricht 60 zu senden, die das erfolgreich
abschließende
Einrichten der Verbindung bestätigt.
Der Empfang des SETUP durch den rufenden Host gibt nur an, dass
die Verbindung eingerichtet worden ist, aber garantiert nicht ihr
erfolgreich abschließendes
Einrichten, da eine Verbindung entlang der Strecke durch eine höher priorisierte
Verbindung vorbelegt werden kann. Das OBS-LAN kann mit einem WAN
verbunden sein und sowohl asynchrone Einzelbursts mit einer Haltezeit,
die kürzer
ist als der Durchmesser des Netzes und leitungsvermittelte optische
Strecken mit einer Haltezeit, die länger ist als der Durchmesser
des Netzes, unterstützen.
Die Architektur stellt Außer-Band-Signalisierung auf
einem getrennten Kanal bereit. Der Signalisierungskanal wird bei
jedem Knoten einer elektrooptischen Umsetzung unterzogen, um Signalisierungsinformation
für Zwischennetzknoten
verfügbar
zu machen. In der OBS-LAN-Architektur sind Daten transparent zu
den Zwischennetzeinheiten, d.h., keine elektrooptische Umwandlung
findet an Zwischennetzknoten statt und keine Annahme wird getroffen über Datenraten
oder Signalmodulation. Die überwiegenden
Nachrichtenverarbeitung wird nur an den Randvermittlungen unterstützt, wobei
die Kernvermittlungen relativ einfach gehalten werden. Zusätzlich wird
die Einfachheit der Architektur ferner erreicht durch das Nicht-Bereitstellen globaler
Zeitsynchronisation zwischen Knoten, welche schnelle Taktwiedergewinnung
am Knoten erfordert.
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Basisvermittlungsarchitektur
setzt voraus, dass eine Anzahl von Eingangs- und Ausgangsports bereitgestellt
werden, wobei jeder mehrere Wellenlängen überträgt. Eine getrennte Wellenlänge an jedem
Port ist dediziert zum Übertragen
des JIT-Signalisierungsprotokolls. Jede Wellenlänge an einem kommenden Port
kann weitervermitteln zu entweder der selben Wellenlänge auf
irgendeinem gehenden Port (keine Wellenlängenumsetzung) oder irgendeiner
Wellenlänge
auf irgendeinem gehenden Port (Teil- oder Gesamtwellenlängenumsetzung).
Das Vermitteln kann unter Verwendung geeigneter Vermittlungstechnologie
durchgeführt
werden, die Fachleuten bekannt ist wie z.B. MEMS (Mikroelektromechanische
Systeme), micro-mirror-arrays, SOA, TIR oder ähnliches. Die Schaltzeit wird
als im Submikrosekundenbereich angenommen. In dieser Architektur muss
eine Signalisierungsnachricht, die versucht, eine Strecke für einen
Burst einzurichten, der von einem Endpunkt zu einem anderen wandern
soll, alle Zwischenschalter oder Vermittlungen von der Ankunft des
Bursts informieren, um es ihnen zu ermöglichen, ihre Konfiguration
wie z.B. Spiegelkonfiguration einzurichten, um die Daten auf einer
der Datenwellenlängen
zu kanalisieren. Er kann sie auch optional von der Dauer des Bursts
informieren. Üblicherweise
wird jeder Schalter bzw. jede Vermittlung im Netz konfiguriert sein
mit einem Planer, der im Stande sein wird, Wellenlängenvermittlungskonfigurationen
nach zu verfolgen und sie zeitig zu schalten, um es den Daten zu
ermöglichen,
sie zu passieren.
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In
einer alternativen Ausführungsform
wird ein Verfahren zum optischen Einzelwellenlängensenden und Empfangen in 4 beschrieben.
Bei Schritt 1100 wird ein OBS-Netz, das ein JIT-Signalisierungsprotokoll
implementiert, bereitgestellt. Bei Schritt 1110 werden
eine Vielzahl von Netzadaptern innerhalb des OBS-Netzes bereitgestellt,
wobei jeder Adapter eine einzigartige und dedizierte Wellenlänge für die optische
Datenübertragung
hat. Bei Schritt 1120 kommuniziert einer der Vielzahl von
Netzadaptern Datensendungen auf der einzigartigen und dedizierten
Wellenlänge.
Bei Schritt 1130 wird der Netzadapter elektronisch abgestimmt
auf die Sendewellenlänge
von einem anderen Netzadapter für
den Zweck des Empfangens von Datensendungen von dem anderen Netzadapter.
Der optische Bus ist im Stande, das optische Signal von einem Senderadapter
zu allen Adaptern im Netz zu verteilen, die mit dem optischen Bus
verbunden sind. Der optische Bus-Controller stellt ein Verbindungsauflösungsprotokoll
bereit zum Verwenden des Empfangskanals des Adapters. Da jeder Adapter
eine einzigartige Sendewellenlänge hat,
können
alle Adapter im Netz gleichzeitig den Bus ohne Konkurrenzsituation
verwenden unter der Voraussetzung, dass jeder Sender ein einzigartiges
Ziel sucht.
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In
einer Ausführungsform
wird das oben beschriebene JIT-Protokoll
als Verbindungsprotokoll des optischen Busses in Verbindung mit
dem OSB-LAN verwendet. Dies hat den Vorteil, dass mehr verfügbare Speicherbandbreite
bereitgestellt wird als die der konventionellen Busarchitektur.
Zudem macht das JIT-Signalisierungsprotokoll eine große Menge an
Speicher für
unterschiedliche Anwendungen als Lokalspeicher verfügbar. Es
ist auch vorteilhaft, dass die Verwendung des JIT-Protokolls in
Verbindung mit der OSB-LAN-Architektur ein nahtloses Verschmelzen
von LAN oder WAN und Speicherbereichsnetzanwendungen bzw. SAN-Anwendungen
bereitstellt.
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In Übereinstimmung
mit anderen Ausführungsformen
der Offenbarung wird in 8 ein Verfahren zum Speicherzugriff
in einem OSB-Netz, das JIT-Signalisierung implementiert, offenbart.
Beim Schritt 1200 wird ein optisches Burst- vermitteltes Netz
bereitgestellt, das ein Just-In-Time-Signalisierungsprotokoll verwendet.
Beim Schritt 1210 konfiguriert ein Netzknoten eine JIT-Signalisierungsprotokoll-Einrichtungsnachricht,
die eine Adresse eines Speicherbereichs innerhalb des Zieladressfeldes
einschließt.
Beim Schritt 1220 sendet der Netzknoten die Einrichtungsnachricht
bzw. Setup-Nachricht zu dem Zielnetzknoten, der dem Speicher zugeordnet ist.
Beim Schritt 1230 empfängt
der dem Speicher zugeordnete Netzknoten die Einrichtungsnachricht
und führt
ein Parsing der Speicheranforderung aus. Beim Schritt 1240 wird
bestimmt, ob auf den angeforderten Speicher momentan zugegriffen
werden kann. Beim Schritt 1250 werden, wenn auf den Speicher
zugegriffen werden kann, entsprechende Daten von dem Speicher gelesen
oder in den Speicher eingeschrieben.
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Das
derzeitige JIT-Protokoll hat ein Adressenfeld mit bis zu 2048 Bits,
welches im Stande sein wird, Zugriff auf individuelle Bytes innerhalb
dieses Knotens zu unterstützen.
In einer Ausführungsform sind
DRAMS in Bänken
angeordnet und eine Speicheranforderung kann nur akzeptiert werden,
wenn die entsprechende Bank frei ist. Demnach muss für einen
1-GB-Speicherchip,
der aus vier Bänken
besteht, die Zieladresse nicht die 30 Bit der Byteebenenadresse
enthalten. Sie braucht nur die Bank zu spezifizieren, auf die sie
zugreifen muss, was unter Verwendung von nur 2 Bits erledigt werden
kann.
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9 stellt
ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines optischen
busvermittelten Netzes dar, das JIT-Signalisierung implementiert. Der optische
Bus-Controller 300 steht in Signalisierungskanalkommunikation
mit einer Vielzahl von Netzadapter 400 implementierenden
Knoten. Zudem ist ein Sternkoppler 210 in Datenkanalkommunikation
mit der Vielzahl von Netzadaptern 400. Es wird angenommen,
dass die Netzadapter 400 für Knoten N3 und N5 in Kommunikation
mit großen
Speichermengen stehen. Beispielsweise können die Busadapterknoten N3
und N5 aus großen
Arrays konventioneller Speicher 600 (z.B. DDR DRAMS) bestehen,
die einige oder alle Netzknoten im LAN bedienen. Das den Knoten
N3 und N5 entsprechende Zieladressenfeld schließt die Adresse des Speicherortes
ein, auf den Bezug genommen wird. Die verbleibenden Knoten N1, N2,
N4 und N6 sind Netzadapterknoten, die auf den in N3 und N5 aufbewahrten
Speicher zugreifen. Die Netzadapterknoten 400 senden Signalisierungsnachrichten
wie SETUP zu den Speicherknoten N3, N5, um auf den Speicher zuzugreifen.
-
Das
beispielhafte JIT-Protokoll hat ein Adressenfeld von bis zu 2048
Bits, welches in der Lage ist, Zugriff auf individuelle Bytes innerhalb
der Knoten N3, N5 zu unterstützen.
In einer Ausführungsform
sind DRAMS in Bänken
angeordnet und eine Speicheranforderung kann nur akzeptiert werden,
wenn die entsprechende Bank frei ist. Demnach brauch für einen
1GB-Speicherchip, der aus vier Bänken
besteht, die Zieladresse nicht die 30 Bits der Byteebenenadresse
zu enthalten. Sie braucht nur die Bank zu spezifizieren, die für den Zugriff
benötigt wird,
was unter Verwendung von nur 2 Bits erreicht werden kann. Die Controller
für Knoten
N3 und N5 führen
eine Analyse bzw. ein Parsing der Setup-Nachricht aus und abhängig davon,
ob die angeforderte Bank beschäftigt
ist oder nicht, bestimmen sie, ob die Anforderung zurückgewiesen
oder akzeptiert wird. Wenn die Anforderung akzeptiert wird, wird die
Bank als beschäftigt
markiert bis die entsprechenden Daten gelesen oder geschrieben sind.
Mit anderen Worten, die Speicherbänke arbeiten in exakt der selben
Weise wie andere Knoten im Netz.
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10 stellt
ein Blockdiagramm der Speicherknoten (Knoten N3 und N5 der 9)
und des zugeordneten Speichers dar in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung. Ein Netzadapter 400 steht
in Kommunikation mit einer Busschnittstelle 402, die mehrere
konventionelle Buskanäle
mit dem optischen JIT-Bus verbindet. Die Busschnittstelle 402 setzt
eine kommende optische JIT- Busanforderung,
auf entsprechende Speicherbänke 404 zuzugreifen,
um. Als ein Beispiel wird, um einen großen Speicherblock zu lesen
bzw. schreiben, eine SETUP-NACHRICHT zuerst zu der Busschnittstelle 402 gesendet,
die prüft,
ob die angeforderte Bank beschäftigt
ist oder nicht. Wenn die Bank verfügbar ist, demultiplexiert die
Busschnittstelle 402 den kommenden Datenstrom und erzeugt
die entsprechenden Adressen, um ein Lesen/Schreiben der Speicherbank 404 zu
ermöglichen.
Die Bank wird wieder frei, wenn der angeforderte Block gelesen bzw.
geschrieben worden ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Offenbarung wird ein Verfahren zur vereinheitlichen globalen
Adressierung in einem JIT-Signalisierungsverarbeitung implementierenden
OBS-LAN durch das Ablaufdiagramm der 11 beschrieben.
Bei Schritt 1300 weist eine erste Verwaltungseinheit ein
erstes Adress-Tupel
beliebiger Länge
einem optischen Signal zu. Bei Schritt 1310 weist eine
zweite Verwaltungseinheit ein zweites Adress-Tupel beliebiger Länge zu. Dieser Prozess setzt
sich bei allen Verwaltungseinheiten fort bis eine hierarchische
Adresse der optischen Signalisierungsnachricht zugewiesen ist. Der
Länge der
Adresse sind 8 Bits zugewiesen, hierdurch ein Maximum von 2048 Bitadresslängen ermöglichend.
Dieses Verfahren ist im Gegensatz zu den Adressierungsschemata fester
Länge,
bei denen Blöcke
von Adressen für
unterschiedliche Einheiten zugeordnet werden müssen, was zu einer nicht effizienten
Nutzung des Adressraums führt.
-
In
einer anderen Ausführungsform
der Offenbarung wird ein optischer Burst-Bus als ein LAN verwendet
und die Netzadapter übernehmen
die Rolle der konventionellen Netzschnittstellenkarten, die den internen
Bus eines Client- oder
Servercomputers verbinden. Einrichtungstreiber in dem Betriebssystem des
Endgerätehosts
stellen Verknüpfung
zwischen den Stammnetzprotokollen wie z.B. TCP/IP und dem Netzadapter
her. Alternative Protokollstapel wie z.B. Fiberchannel oder die
neu aufkommenden Transportschichtprotokolle, die für JIT-Netze
definiert sind, können
ebenfalls unterstützt
werden. Gemäß einer anderen
Ausführungsform
der Offenbarung wird ein optisches Burstnetzsystem, das ein JIT-Protokoll
verwendet, wie oben beschrieben vollständig oder teilweise unter Verwendung
von Satelliten- und/oder Drahtlosnetzen implementiert.
-
Viele
Modifikationen und andere Ausführungsformen
der Offenbarung werden Fachleuten in den Sinn kommen, die diese
Offenbarung betrifft mit dem Vorteil der in der vorangegangenen
Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen präsentierten Lehre. Demnach ist
zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten spezifischen
Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass Modifikationen und andere Ausführungsformen dazu gedacht sind, innerhalb
des Schutzbereichs der beiliegenden Ansprüche eingeschlossen zu sein.
Obwohl hier spezifische Begriffe verwendet worden sind, sind sie
nur in einem generischen und beschreibenden Sinne und nicht zum
Zwecke der Einschränkung
verwendet.
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Zusammenfassung
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OPTISCHES BURST-VERMITTELTES
NETZSYSTEM UND VERFAHREN MIT FÄLLIGKEITSNAHER SIGNALISIERUNG
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Optisches
Burst-vermitteltes Netzsystem und Verfahren mit fälligkeitsnaher
Signalisierung (JIT-Signalisierung) und fortschrittlicher Datenübertragung,
fortschrittlichem Speicherzugriff und Management. Das System und
Verfahren ermöglichen konkurrierende
Datenübertragung
mit beliebigen Signaltypen wie z.B. Analog- und Digitalsignaltypen,
bei welchen die JIT-Signalisierung nachfolgendes simultanes Senden
optischer Signale ermöglicht,
die keine elektro/optische Umsetzung erfordern. Das System schließt einen
optischen Signalbus mit einem passiven Sternkoppler ein. Eine Vielzahl
von Netzadaptern, die in optischer Kommunikation mit dem optischen
Signalbus stehen und in Netzkommunikation mit Netzendgeräteeinrichtungen,
werden bereitgestellt. Der Netzadapter schließt Empfänger, Sender und Steuerlogik
ein, die bidirektionale Bewegung von Datensignalen als Bursts zwischen
der Endgeräteausrüstung und
dem Netzsystem ermöglichen.
Der Sender und Empfänger
können
fest oder abstimmbar sein. Das System schließt ferner einen optischen Bus-Controller
in optischer Kommunikation mit dem optischen Signalbus ein, welcher
Bus-Controller Signale von dem optischen Signalbus verarbeitet zum Verbinden
eines angeforderten Netzadapters mit einem anfordernden Netzadapter
in Übereinstimmung mit
dem Benutzer-zu-Netz-Protokoll. Das Netzsystem implementiert ein
Just-In-Time-Signalisierungsprotokoll,
um Knoten im Netz zu signalisieren, dass Burstkommunikationen bevorstehen.
Optional ermöglicht
das System einen umfassenden Speicherzugriff in einem Lokalbereichsnetz
(LAN). Die Knoten im Netz sind befähigt, nahtlos Speicher aller
anderen Knoten zu adressieren, die das Netz umfasst.