DE10031177A1 - Verfahren und Anordnung zur gesicherten paketorientierten Informationsübermittlung - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur gesicherten paketorientierten Informationsübermittlung

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Abstract

Erste Pakete P¶2i¶ mit geradem Index 2i (i >= 0) werden in einem ersten Kanal K¶1¶, zweite Pakete P¶2i+1¶ mit ungeradem Index 2i+1 in einem zweiten Kanal K¶2¶ und aus je zwei aufeinanderfolgenden Paketen P¶2i¶, P¶2i+1¶ mittels bitweisem XOR gebildete dritte Pakete P¶XOR¶ in einem dritten Kanal K¶3¶ übermittelt. Somit werden gesicherte Parallelkoppelfelder vorteilhaft mit lediglich drei Koppelfeldern KF realisiert.

Description

Koppelfelder in Vermittlungsanlagen benötigen häufig eine Redundanz, um eine hohe Systemzuverlässigkeit trotz Defekten auf Baugruppen usw. zu erreichen. Dabei sollen bei Ausfall von Funktionen oder Funktionsgruppen insbesondere keine der von diesen übermittelten Informationen verloren gehen.
Die hohe Systemzuverlässigkeit wird z. B. dadurch erreicht, dass die Informationen gedoppelt und auf zwei identischen Koppelfeldern übermittelt werden. Anschließend wird eine der beiden Informationen - vorzugsweise die fehlerfrei übermit­ telte - weitergereicht. Hierbei ist am Ausgang der beiden redundanten Koppelfelder auf Fehler bei der Übermittlung der Informationen zu prüfen. Bei zwei fehlerfrei übermittelten redundanten Informationen ist nur eine der beiden Informatio­ nen weiterzuleiten.
Bei der Migration von bestehenden Kommunikationsnetzen werden z. B. bestehende kontinuierliche Informationsströme - z. B. SDH oder SONET - in neu errichtete paketorientierte Netze - z. B. IP oder ATM - integriert. Hierbei erhöht sich durch das Hin­ zufügen von Paketköpfen die für die Übermittlung der kontinu­ ierlichen Informationsströme erforderliche Kapazität. Hat beispielsweise der kontinuierliche Bitstrom einer SDH Fest­ verbindung eine Bitrate von 622 Mbit/s, so weist der Bitstrom nach einer Konvertierung in einen ATM orientierten Zellen­ strom zumindest eine Bitrate von 687 Mbit/s auf. Eine weitere Erhöhung dieser Bitrate ergibt sich bei Anwendung eines AAL-1 Verfahrens, da bei diesem Verfahren im Informationsteil der ATM Zellen mindestens ein Oktett weitere Steuerinformation übermittelt wird, wodurch sich die Bitrate des ATM orientier­ ten Zellenstroms auf mindestens 701 Mbit/s erhöht. Ist nun die Übertragungstechnik, die auf den physikalischen Verbindungen des Kommunikationsnetzes eingesetzt wird, beispiels­ weise auf eine maximale Übertragungskapazität von 622 Mbit/s begrenzt, kann der ATM orientierte Zellenstrom nicht 1 : 1 übertragen werden, da die Übertragungskapazität der Übertra­ gungstechnik auf den physikalischen Verbindungen nicht aus­ reicht.
Bekannt sind Verfahren, bei denen in diesem Fall die Informa­ tionen eines derartigen Verkehrsstroms auf zwei Kanäle aufge­ teilt werden. Hierzu werden in Vermittlungsanlagen sog. Par­ allelwegkoppelfelder eingesetzt, bei denen jeder der beiden Kanäle in einem separaten Koppelfeld übermittelt wird. Sofern für eine derartige Vermittlungsanlage eine hohe Systemzuver­ lässigkeit gefordert ist, wird der Einsatz von vier Koppel­ feldern erforderlich, da jedes der beiden sog. Parallelkop­ pelfelder individuell gesichert wird. Dies ist wirtschaftlich nachteilig.
Ein alternatives Verfahren ist in der nicht vorveröffentlich­ ten US-Patentanmeldung 09/336,090 beschrieben, bei dem die Pakete aufgeteilt und auf zwei Koppelfeldern übermittelt wer­ den. Die aufgeteilten Pakete werden am Ausgang der Koppelfel­ der wieder zusammengeführt. Die hohe Systemzuverlässigkeit wird dadurch erreicht, dass aus den aufgeteilten Paketen mit­ tels bitweisem XOR zusätzliche (Halb-)Pakete gebildet und auf einem dritten Koppelfeld übermittelt werden. Bei diesem Ver­ fahren ist somit der Einsatz von zumindest drei Koppelfeldern erforderlich. Bei fehlerhafter Übermittlung einer Pakethälfte wird diese durch nochmaliges bitweises XOR zwischen den bei­ den fehlerfrei übermittelten Pakethälfen rekonstruiert. Für eine Rekonstruktion der ursprünglichen Pakete in deren ur­ sprünglicher Reihenfolge wird vorgeschlagen, die drei Koppel­ felder derart untereinander zu synchronisieren, dass Lauf­ zeitunterschiede vermieden werden. Dies ist jedoch bei größe­ ren Vermittlungsanlagen z. B. infolge von mit steigender Größe der Anlage immer stärker divergierenden Leitungslängen in der Verbindungstechnik nur mit großem Aufwand zu bewirken. Dies gilt insbesondere für Koppelfelder mit Trichterstruktur, die hohe Anforderungen an die Verkabelung stellen.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, das nicht vorveröf­ fentlichte Verfahren in Hinblick auf eine gesicherte paketo­ rientierte Informationsübermittlung zu verbessern. Die Aufga­ be wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht in einem Ver­ fahren zur gesicherten paketorientierten Informationensüber­ mittlung, bei dem erste Pakete mit geradem Index in einem er­ sten Kanal, zweite Pakete mit ungeradem Index in einem zwei­ ten Kanal und aus je zwei aufeinanderfolgenden Paketen mit­ tels bitweisem gebildete dritte Pakete in einem dritten Kanal übermittelt werden.
Einige wesentliche Vorteile der Erfindung seien im folgenden genannt:
  • - Gesicherte Parallelkoppelfelder werden vorteilhaft mit le­ diglich drei Koppelfeldern realisiert.
  • - Insbesondere bei Verwendung von Trichterkoppelfeldern sind infolge der Aufteilung der Pakete auf den ersten und den zweiten Kanal größere Datendurchsätze unter Beibehaltung der optimalen Trichterstruktur möglich.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass - beispielsweise als Sequenznummern und/oder als Zeitangaben ausgebildete - Zusatzinformationen zur Wiederherstellung der ursprünglichen Reihenfolge der Pa­ kete gebildet und übermittelt werden - Ansprüche 2 und 3. Vorteile:
  • - Die Pakete können somit in den separaten Kanälen unsyn­ chronisiert zueinander übermittelt werden, da Laufzeitun­ terschiede anhand der Zusatzinformationen ermittelt wer­ den.
  • - Es können auch umfangreiche Vermittlungsanlagen realisiert werden, da die dann meist sehr komplexe Verkabelung zwi­ schen Koppelfeldern und I/O-Baugruppen wahlfrei, d. h. ohne Rücksicht auf resultierende Laufzeitunterschiede, ausge­ staltet werden kann.
  • - Die Kanäle können unsynchronisiert, d. h. asynchron, reali­ siert werden.
  • - Die Kanäle können insb. in asynchronen redundanten Koppel­ feldern realisiert werden. Der Resequenzer am Ausgang der Koppelfelder muss hierbei nur drei anstatt vier Paketströ­ me gleichzeitig verarbeiten.
  • - Das beschriebene XOR-Verfahren kann besonders vorteilhaft auf Parallelwegkoppelfelder angewendet werden, da die für den Resequenzer benötigten Sequenznummern auch für den XOR-Prozess verwendbar sind.
  • - Resequenzen und XOR-Prozess stellt eine logische Einheit dar und kann in einem Baustein realisiert werden.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Verwendung von Sequenznummern deren Wertebereich so gewählt, dass die in den Kanälen üblicherweise zu erwartenden Laufzeitunterschiede sicher ausgeglichen werden - Anspruch 4. Somit wird die für die Übermittlung der Zusatzinformationen erforderliche Kapazität vorteilhaft minimiert.
Entsprechend einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver­ fahren wird das dritte Paket mit zumindest einer der beiden Sequenznummern der aufeinanderfolgenden Pakete gekennzeich­ net - Anspruch 5. Somit wird ein Weg aufgezeigt, wie die Zu­ gehörigkeit des dritten Pakets zu den beiden aufeinanderfol­ genden Paketen angezeigt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das bitweise XOR jeweils auf zwei, innerhalb der beiden aufeinanderfolgenden Pakete eine gleiche Position aufweisende Bits angewendet wird, wobei das hierbei gebildete Bit innerhalb des dritten Pakets die gleiche Position erhält wie die beiden Bits innerhalb der beiden aufeinanderfolgenden Pakete - Anspruch 6. Somit kann die Übermittlung von Positionsangaben unterbleiben, wodurch die für die Übermittlung der Pakete zur Verfügung stehende Kapazität optimiert wird.
Entsprechend einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist vorgesehen, dass bei Übermittlung der Pakete in Koppelfeldern einer Vermittlungsanlage, in denen den Paketen jeweils anlagenspezifische interne Header vorangestellt wer­ den, die Zusatzinformation jeweils in den internen Headern übermittelt werden - Anspruch 7. Durch die Verwendung der üb­ licherweise in derartigen Vermittlungsanlangen eingesetzten internen Header entfällt der Einsatz spezieller Verfahren zur Übermittlung der Zusatzinformationen.
Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zumindest die internen Header jeweils durch eine Prüfsumme gesichert - Anspruch 8. Vorteilhaft wird somit verhindert, dass die aufgeteilten Informationen infolge fehlerhaft über­ mittelter Zusatzinformationen in falscher Reihenfolge zusam­ mengefügt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer ungeraden Anzahl von Paketen ein zusätzliches Paket angefügt, was durch Übermittlung einer entsprechenden Steuerinformation angezeigt wird - Anspruch 9. Somit wird auch des letzte Paket gesichert übermittelt, da es im Ver­ lustfall mit Hilfe des zusätzlichen Pakets und dem zugehöri­ gen gebildeten dritten Paket regeneriert werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den unter- oder nebengeordneten Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand von einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 in einem Blockschaltbild eine beispielhafte Anordnung von Funktions­ gruppen zur Durchführung einer erfindungsgemäß gesicherten paketorientierten Informationsübermittlung. Die erfindungsge­ mäße Anordnung ist als Vermittlungsanlage VA mit drei Koppelfeldern KF ausgebildet, in denen die Informationen z. B. in Paketen P übermittelt werden. Von jedem Koppelfeld KF wird je ein Kanal K realisiert. Den Koppelfeldern KF ist eine Funkti­ onsgruppe zur Generierung von ersten Paketen P2i und zweiten Paketen P2i+1, von dritten Paketen PXOR, sowie von als periodi­ sche Sequenznummern SN ausgebildeten Zusatzinformationen ZI und optional von Prüfsummen FCS für alle Pakete P vorausge­ schaltet. Am Ausgang der Koppelfelder KF sind zumindest eine optionale Funktion zur Kontrolle der Prüfsummen FCS und eine Funktion zur Reihung der Pakete P mittels der Sequenznummer SN sowie zur Regenerierung von fehlerhaften ersten oder zwei­ ten Paketen P2i, P2i+1 in Reihe angeordnet. Die der Anordnung zugeführten Informationen I weisen jeweils neben einer Pay­ load einen externen Header - auch Zellkopf genannt - und zu­ sätzlich einen anlagenspezifischen internen Zellkopf auf. Ein derartiges internes Paket P könnte im Fall einer ATM- Übermittlung z. B. 48 Byte Payload, 5 Byte externen Header und 11 Byte internen Header umfassen.
Es sein angemerkt, dass diese Konkretisierungen lediglich dem erleichterten Verständnis der Erfindung dienen und nicht ein­ schränkend zu verstehen sind. Ein einschlägiger Fachmann wird z. B. erkennen, dass der Begriff Paket nicht nur IP-Pakete um­ fasst, sondern beliebige andere Transportformate wie z. B. Zellen - insb. ATM-Zellen - oder Rahmenstrukturen eingesetzt werden können. Auch dürfte offensichtlich sein, dass die Er­ findung auch in umfassenderen Anordnungen wie z. B. Subnetzen oder subnetzübergreifenden Anordnungen ausgeführt werden kann.
Für das Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass Informatio­ nen I bei der Übermittlung üblicherweise in kleinen Informa­ tionseinheiten P - auch Rahmen, Pakete, Datenpakete oder Zel­ len genannt - übermittelt werden. Diese Pakete P enthalten z. B. die Informationen I des ursprünglichen Informations­ stroms (auch Nutzinformationen, Daten oder Nutzdaten genannt) sowie zusätzliche Informationen (auch Overhead genannt) zur Steuerung des Übermittlungsvorgangs der Pakete P.
Eine beispielhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahren sei als die Vermittlungsanlage VA mit drei Koppelfeldern KF ausgebildet. Die Übermittlung der Informa­ tionen I erfolge zumindest innerhalb der Vermittlungsanlage VA auf Basis von Paketen P.
Zur Vereinfachung sei angenommen, dass die Informationen I der Vermittlungsanlage VA in Paketen P zugeführt werden. Bei Eintreffen der Pakete P in der Vermittlungsanlage VA werden dann die Pakete P indiziert (bei Zufuhr eines kontinuierli­ chen SDH/Sonet Informationsstroms wäre zudem eine Generierung der Pakete P erforderlich).
Weiterhin werden aus je zwei aufeinanderfolgenden Paketen P2i, P2i+1 mittels bitweisem XOR dritte Pakete PXOR gebildet. Beispielsweise wird das bitweise XOR hierzu jeweils auf zwei, innerhalb der beiden aufeinanderfolgenden Pakete P2i, P2i+1 ei­ ne gleiche Position aufweisende Bits angewendet wird, wobei das hierbei gebildete Bit innerhalb des dritten Pakets PXOR die gleiche Position erhält wie die beiden Bits innerhalb der beiden aufeinanderfolgenden Pakete P2i, P2i+1. Durch die festen Positionsangaben wird ein Empfänger der übermittelten Pakete P in die Lage versetzt, die Informationen I in ihrer ur­ sprünglichen Reihenfolge zu regenerieren.
Außerdem werden ggf. Zusatzinformationen ZI zur Wiederher­ stellung der ursprünglichen Reihenfolge der Pakete P gebil­ det. Diese sind z. B. als Sequenznummern SN und/oder als Zeit­ angaben ausgebildet sind. Hiermit werden die Pakete P gekenn­ zeichnet, wobei die dritten Pakete PXOR mit zumindest einer der beiden Sequenznummern SN der zugehörigen aufeinanderfol­ genden Pakete P2i, P2i+1 gekennzeichnet werden.
Die derart ausgebildeten Pakete P werden anschließend in se­ paraten Kanälen K, die z. B. in den Koppelfeldern KF der Ver­ mittlungsanlage VA realisiert sind, übermittelt. Die Zusat­ zinformationen ZI werden hierbei z. B. in den internen Paket­ köpfen der Pakete P übermittelt. Bei Verwendung von Sequenz­ nummern SN wird hierbei deren Wertebereich so gewählt, dass die in den Kanälen K üblicherweise zu erwartenden Laufzeitun­ terschiede sicher ausgeglichen werden. Optional werden zudem die internen Header der Pakete P jeweils durch eine Prüfsumme FCS gesichert.
Nach Übermittlung der Pakete P wird an den Ausgängen der Kop­ pelfelder KF ggf. zunächst für jedes der drei Pakete P die entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehene Prüfsumme FCS geprüft. Ist sie fehlerfrei, wird das Paket P weitergeleitet, ansonsten wird es verworfen, um Fehlfunktio­ nen aufgrund z. B. falscher Sequenznummer SN oder falscher Ausgangs-Portnummer infolge fehlerhafter Routingadresse zu vermeiden.
Die Pakete P werden dann in die ursprüngliche Reihung ge­ bracht. Dabei gibt es folgende Fälle:
  • 1. Pakete P2i, P2i+1 aus Koppelfeldern KF1 und KF2 vorhanden ⇒ Pakete P2i, P2i+1 werden ausgegeben (Normalfall), ggf. gespeichertes Paket PXOR wird verworfen
  • 2. Paket P2i aus Koppelfeld KF1 fehlt, aber Pakete P2i+1, PXOR aus Koppelfeldern KF2 und KF3 vorhanden: ⇒ durch Umkehrung der XOR-Funktion auf die Pakete P2i+1, PXOR wird das Paket P2i regeneriert; die Pakete P2i, P2i+1 werden ausgegeben
  • 3. Paket P2i+1 aus Koppelfeld KF2 fehlt, aber Pakete P2i, PXOR aus Koppelfeldern KF1 und KF3 vorhanden: ⇒ durch Umkehrung der XOR-Funktion auf die Pakete P2i, PXOR wird das Paket P2i+1 regeneriert; die Pakete P2i, P2i+1 werden ausgegeben
  • 4. Paket PXOR aus Koppelfeld KF3 fehlt, aber Pakete P2i, P2i+1 aus Koppelfeldern KF1 und KF2 vorhanden: ⇒ Pakete P2i, P2i+1 werden ausgegeben
  • 5. Pakete P aus zwei oder allen drei Koppelfeldern KF feh­ len: ⇒ Pakete P2i, P2i+1 könne nicht regeneriert und ausgegeben werden (= Paketverlust).
Zur Erkennung eines Defekts eines Koppelfelds KF kann bei Pa­ ketverlusten in einem der Koppelfelder KF eine Alamierung er­ folgen. Die Zahl der sukzessive erforderlichen Paketverluste wird mittels eines Schwellwerts (Threshold) eingestellt, um Fehlalamierungen z. B. infolge sporadischer Bitfehler zu ver­ meiden.
Die Aufrechterhaltung der Bit-Synchronität auf der Übertra­ gungsschicht bei asynchronen Betrieb der Anordnung erfolgt beispielsweise durch Leerpakete, die z. B. im internen Paket­ kopf als solche gekennzeichnet sind. Dieser Teil des Paket­ kopfes kann ebenfalls aus dem XOR-Prozess ausgenommen werden, d. h. Kennung wird separat in Paketkopf eingefügt, bzw. die Kennung für Leerpakete muß so definiert werden, daß sich nach dem XOR-Prozess über zwei Nutzpakete das entstehende Nutzpa­ ket von einem Leerpaket unterscheidbar bleibt. Zum Beispiel können Nutzpakete durch eine Kennung Bit = 0 und Leerpakete durch eine Kennung Bit = 1 kodiert werden, wodurch das ent­ stehende XOR-Nutzpaket wieder die Kennung Bit = 0 aufweist. Leere Pakete P werden an Eingängen von Bausteinen sofort ver­ worfen. An den Bausteinausgängen werden sie eingefügt, wenn kein gefülltes Paket P zur Übermittlung ansteht. Damit wird zum einen die Bit-Synchronität auf den Leitungen aufrecht er­ halten, zum anderen werden die internen Bausteinfunktionen vor unnützer Last geschützt.

Claims (10)

1. Verfahren zur gesicherten paketorientierten Übermittlung, mit folgenden Schritten:
  • - erste Pakete (P2i) mit geradem Index (2i | i ≧ 0) werden in einem ersten Kanal (K1) und zweite Pakete (P2i+1) mit unge­ radem Index (2i+1) in einem zweiten Kanal (K2) übermit­ telt,
  • - aus je zwei aufeinanderfolgenden Paketen (P2i, P2i+1) werden mittels bitweisem XOR dritte Pakete (PXOR) gebildet und in einem dritten Kanal (K3) übermittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zusatzinformationen (ZI) zur Wiederherstellung der ur­ sprünglichen Reihenfolge der Pakete (P) gebildet und übermit­ telt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzinformationen (ZI) als Sequenznummern (SN) und/oder als Zeitangaben ausgebildet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Sequenznummern (SN) deren Wertebe­ reich so gross gewählt wird, dass die in den Kanälen (K) üb­ licherweise zu erwartenden Laufzeitunterschiede sicher ausge­ glichen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Paket (PXOR) mit zumindest einer der beiden Sequenznummern (SN) der aufeinanderfolgenden Pakete (P2i, P2i+1) gekennzeichnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bitweise XOR jeweils auf zwei, innerhalb der beiden aufeinanderfolgenden Pakete (P2i, P2i+1) eine gleiche Position aufweisende Bits angewendet wird, wobei das hierbei gebildete Bit innerhalb des dritten Pakets (PXOR) die gleiche Position erhält wie die beiden Bits innerhalb der beiden aufeinander­ folgenden Pakete (P2i, P2i+1).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übermittlung der Pakete (P) in Koppelfeldern (KF) einer Vermittlungsanlage (VA), in denen den Paketen (P) je­ weils anlagenspezifische interne Header vorangestellt werden, die Zusatzinformation (ZI) jeweils in den internen Headern übermittelt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die internen Header jeweils durch eine Prüf­ summe (FCS) gesichert werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ungeraden Anzahl von Paketen (P) ein zusätzli­ ches Paket (P) angefügt wird, was durch Übermittlung einer entsprechenden Steuerinformation angezeigt wird.
10. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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