DE10031177B4 - Verfahren und Anordnung zur gesicherten paketorientierten Informationsübermittlung - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur gesicherten paketorientierten Informationsübermittlung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur gesicherten paketorientierten Übermittlung eines sequentiellen Stromes von Paketen (P) mit
– ersten Paketen (P2i) mit geradem Index (2i | i ≥ 0);
– zweiten Paketen (P2i+1) mit ungeradem Index (2i+1);
– dritten Paketen (PXOR);
– drei Kanälen (K1, K2, K3);
– Zusatzinformationen (ZI) zur Wiederherstellung der ursprünglichen Reihenfolge der Pakete, die in den ersten und zweiten Paketen vorgesehen sind;
mit folgenden, sich während der Übermittlung des Paketstromes kontinuierlich wiederholenden Schritten:
(a) aus einem ersten und einem zweiten Paket, die unmittelbar aufeinander folgen, wird mittels bitweisem XOR ein drittes Paket gebildet;
(b) das dritte Paket wird mit zumindest einer der beiden Zusatzinformationen gekennzeichnet, die in dem ersten und dem zweiten Paket vorgesehen sind;
(c) das erste Paket wird in einem ersten Kanal, das zweite Paket in dem zweiten Kanal und das dritte Paket in dem dritten Kanal übermittelt.

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 übermittelte – 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 Informationen 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 Hinzufügen von Paketköpfen die für die Übermittlung der kontinuierlichen Informationsströme erforderliche Kapazität. Hat beispielsweise der kontinuierliche Bitstrom einer SDH Festverbindung eine Bitrate von 622 Mbit/s, so weist der Bitstrom nach einer Konvertierung in einen ATM orientierten Zellenstrom 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 orientierten Zellenstroms auf mindestens 701 Mbit/s erhöht. Ist nun die Übertragungstechnik, die auf den physikalischen Verbin dungen des Kommunikationsnetzes eingesetzt wird, beispielsweise auf eine maximale Übertragungskapazität von 622 Mbit/s begrenzt, kann der ATM orientierte Zellenstrom nicht 1:1 übertragen werden, da die Übertragungskapazität der Übertragungstechnik auf den physikalischen Verbindungen nicht ausreicht.
  • Bekannt sind Verfahren, bei denen in diesem Fall die Informationen eines derartigen Verkehrsstroms auf zwei Kanäle aufgeteilt werden. Hierzu werden in Vermittlungsanlagen sog. Parallelwegkoppelfelder eingesetzt, bei denen jeder der beiden Kanäle in einem separaten Koppelfeld übermittelt wird. Sofern für eine derartige Vermittlungsanlage eine hohe Systemzuverlässigkeit gefordert ist, wird der Einsatz von vier Koppelfeldern erforderlich, da jedes der beiden sog. Parallelkoppelfelder individuell gesichert wird. Dies ist wirtschaftlich nachteilig.
  • Ein alternatives Verfahren ist in der PCT Patentanmeldung WO99/66758 A2 beschrieben, bei dem die Pakete aufgeteilt und auf zwei Koppelfeldern übermittelt werden. Die aufgeteilten Pakete werden am Ausgang der Koppelfelder wieder zusammengeführt. Die hohe Systemzuverlässigkeit wird dadurch erreicht, dass aus den aufgeteilten Paketen mittels bitweisem XOR zusätzliche (Halb-)Pakete gebildet und auf einem dritten Koppelfeld übermittelt werden. Bei diesem Verfahren ist somit der Einsatz von zumindest drei Koppelfeldern erforderlich. Bei fehlerhafter Übermittlung einer Pakethälfte wird diese durch nochmaliges bitweises XOR zwischen den beiden fehlerfrei übermittelten Pakethälften rekonstruiert. Für eine Rekonstruktion der ursprünglichen Pakete in deren ursprünglicher Reihenfolge wird vorgeschlagen, die drei Koppelfelder derart untereinander zu synchronisieren, dass Laufzeitunterschiede vermieden werden. Dies ist jedoch bei größeren 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 insbe sondere für Koppelfelder mit Trichterstruktur, die hohe Anforderungen an die Verkabelung stellen.
  • In der Patentschrift US 5,883,891 ist ein Verfahren zur gesicherten paketorientierten Übermittlung von in DATA PACKETS paketierten, digitalisierten Sprachinformationen offenbart, bei dem die Pakete auf mehrere Kanäle verteilt übermittelt werden und zu Absicherung der verteilten Übermittlung gegen Paketverluste oder Verzögerungen einzelner Pakete zusätzliche CHECK PACKETS mittels bitweisem XOR gebildet und in einem separaten Kanal übermittelt werden. Die paketorientierte Übermittlung der Pakete erfolgt nach dem RTP Standard.
    •
  • Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht in einem Verfahren zur gesicherten paketorientierten Informationensübermittlung, bei dem erste Pakete mit geradem Index in einem ersten Kanal, zweite Pakete mit ungeradem Index in einem zweiten Kanal und aus je zwei aufeinanderfolgenden Paketen mittels bitweisem gebildete dritte Pakete in einem dritten Kanal übermittelt werden.
  • Einige wesentliche Vorteile der Erfindung seien im folgenden genannt:
    • – Gesicherte Parallelkoppelfelder werden vorteilhaft mit lediglich 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 Pakete gebildet und übermittelt werden.
  • Vorteile:
    • – Die Pakete können somit in den separaten Kanälen unsynchronisiert zueinander übermittelt werden, da Laufzeitunterschiede anhand der Zusatzinformationen ermittelt werden.
    • – Es können auch umfangreiche Vermittlungsanlagen realisiert werden, da die dann meist sehr komplexe Verkabelung zwischen Koppelfeldern und I/O-Baugruppen wahlfrei, d.h. ohne
  • Rücksicht auf resultierende Laufzeitunterschiede, ausgestaltet werden kann.
    • – Die Kanäle können unsynchronisiert, d.h. asynchron, realisiert werden.
    • – Die Kanäle können insb. in asynchronen redundanten Koppelfeldern realisiert werden. Der Resequenzer am Ausgang der Koppelfelder muss hierbei nur drei anstatt vier Paketströme 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.
  • 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 1 in einem Blockschaltbild eine beispielhafte Anordnung von Funktionsgruppen zur Durchführung einer erfindungsgemäß gesicherten paketorientierten Informationsübermittlung. Die erfindungsgemäße Anordnung ist als Vermittlungsanlage VA mit drei Koppel feldern 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 Funktionsgruppe zur Generierung von ersten Paketen P2i und zweiten Paketen P2i+1, von dritten Paketen PXOR, sowie von als periodische Sequenznummern SN ausgebildeten Zusatzinformationen ZI und optional von Prüfsummen FCS für alle Pakete P vorausgeschaltet. 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 zweiten Paketen P2i, P2i+1 in Reihe angeordnet. Die der Anordnung zugeführten Informationen I weisen jeweils neben einer Payload einen externen Header – auch Zellkopf genannt – und zusätzlich 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 einschränkend zu verstehen sind. Ein einschlägiger Fachmann wird z.B. erkennen, dass der Begriff Paket nicht nur IP-Pakete umfasst, sondern beliebige andere Transportformate wie z.B. Zellen – insb. ATM-Zellen – oder Rahmenstrukturen eingesetzt werden können. Auch dürfte offensichtlich sein, dass die Erfindung auch in umfassenderen Anordnungen wie z.B. Subnetzen oder subnetzübergreifenden Anordnungen ausgeführt werden kann.
  • Für das Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass Informationen I bei der Übermittlung üblicherweise in kleinen Informationseinheiten P – auch Rahmen, Pakete, Datenpakete oder Zellen genannt – übermittelt werden. Diese Pakete P enthalten z.B. die Informationen I des ursprünglichen Informationsstroms (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 erfindungsgemäßen Verfahren sei als die Vermittlungsanlage VA mit drei Koppelfeldern KF ausgebildet. Die Übermittlung der Informationen 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 kontinuierlichen 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 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 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 ursprünglichen Reihenfolge zu regenerieren.
  • Außerdem werden ggf. Zusatzinformationen ZI zur Wiederherstellung der ursprünglichen Reihenfolge der Pakete P gebildet. Diese sind z.B. als Sequenznummern SN und/oder als Zeitangaben ausgebildet sind. Hiermit werden die Pakete P gekennzeichnet, wobei die dritten Pakete PXOR mit zumindest einer der beiden Sequenznummern SN der zugehörigen aufeinanderfolgenden Pakete P2i, P2i+1 gekennzeichnet werden.
  • Die derart ausgebildeten Pakete P werden anschließend in separaten Kanälen K, die z.B. in den Koppelfeldern KF der Vermittlungsanlage VA realisiert sind, übermittelt. Die Zusatzinformationen ZI werden hierbei z.B. in den internen Paketköpfen der Pakete P übermittelt. Bei Verwendung von Sequenznummern SN wird hierbei deren Wertebereich so gewählt, dass die in den Kanälen K üblicherweise zu erwartenden Laufzeitunterschiede 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 Koppelfelder 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 Fehlfunktionen aufgrund z.B. falscher Sequenznummer SN oder falscher Ausgangs-Portnummer infolge fehlerhafter Routingadresse zu vermeiden.
  • Die Pakete P werden dann in die ursprüngliche Reihung gebracht. 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 KF2und 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 fehlen: ⇒ Pakete P2i, P2i+1 könne nicht regeneriert und ausgegeben werden (= Paketverlust).
  • Zur Erkennung eines Defekts eines Koppelfelds KF kann bei Paketverlusten in einem der Koppelfelder KF eine Alamierung erfolgen. Die Zahl der sukzessive erforderlichen Paketverluste wird mittels eines Schwellwerts (Threshold) eingestellt, um Fehlalamierungen z.B. infolge sporadischer Bitfehler zu vermeiden.
  • Die Aufrechterhaltung der Bit-Synchronität auf der Übertragungsschicht bei asynchronen Betrieb der Anordnung erfolgt beispielsweise durch Leerpakete, die z.B. im internen Paketkopf als solche gekennzeichnet sind. Dieser Teil des Paketkopfes 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 Nutzpaket 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 entstehende XOR-Nutzpaket wieder die Kennung Bit = 0 aufweist. Leere Pakete P werden an Eingängen von Bausteinen sofort verworfen. 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 erhalten, zum anderen werden die internen Bausteinfunktionen vor unnützer Last geschützt.

Claims (10)

  1. Verfahren zur gesicherten paketorientierten Übermittlung eines sequentiellen Stromes von Paketen (P) mit – ersten Paketen (P2i) mit geradem Index (2i | i ≥ 0); – zweiten Paketen (P2i+1) mit ungeradem Index (2i+1); – dritten Paketen (PXOR); – drei Kanälen (K1, K2, K3); – Zusatzinformationen (ZI) zur Wiederherstellung der ursprünglichen Reihenfolge der Pakete, die in den ersten und zweiten Paketen vorgesehen sind; mit folgenden, sich während der Übermittlung des Paketstromes kontinuierlich wiederholenden Schritten: (a) aus einem ersten und einem zweiten Paket, die unmittelbar aufeinander folgen, wird mittels bitweisem XOR ein drittes Paket gebildet; (b) das dritte Paket wird mit zumindest einer der beiden Zusatzinformationen gekennzeichnet, die in dem ersten und dem zweiten Paket vorgesehen sind; (c) das erste Paket wird in einem ersten Kanal, das zweite Paket in dem zweiten Kanal und das dritte Paket in dem dritten Kanal übermittelt.
  2. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, bei dem die Zusatzinformationen als Sequenznummern (SN) und/oder als Zeitangaben ausgebildet sind.
  3. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, bei dem bei Verwendung von Sequenznummern deren Wertebereich so groß gewählt wird, dass die in den Kanälen üblicherweise zu erwartenden Laufzeitunterschiede sicher ausgeglichen werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das bitweise XOR jeweils auf zwei, innerhalb des aufeinander folgenden ersten und zweiten Pakets 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 des ersten und des zweiten Pakets.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei Übermittlung der Pakete in Koppelfeldern (KF) einer Vermittlungsanlage (VA), in denen den Paketen jeweils anlagenspezifische interne Header vorangestellt werden, die Zusatzinformation jeweils in den internen Headern übermittelt werden.
  6. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, bei dem zumindest die internen Header jeweils durch eine Prüfsumme (FCS) gesichert werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei einer ungeraden Anzahl von Paketen ein zusätzliches Paket angefügt wird, was durch Übermittlung einer entsprechenden Steuerinformation angezeigt wird.
  8. Erzeugnis, umfassend Mittel, die zur Durchführung aller Schritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche eingerichtet sind.
  9. Erzeugnis, umfassend Mittel zum Wiederherstellen des ursprünglichen sequenziellen Strom, die nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche übermittelt wurden, die so eingerichtet sind, dass bei Bedarf – insbesondere bei Verlust oder zu spätem Eintreffen – das erste Paket ersatzweise aus dem empfangenen zweiten und dritten Paket bzw. das zweite Paket ersatzweise aus dem empfangenen ersten und dritten Paket mittels bitweisem XOR gebildet wird; wobei die in den drei Paketen vorgesehenen Zusatzinformationen (ZI) zur Wiederherstellung der ursprünglichen Reihenfolge der Pakete zur Korrelation der Pakete genutzt werden.
  10. Erzeugnis nach einem der vorstehenden Erzeugnisansprüche, ausgebildet als Computerprogrammprodukt, dessen Programmcode von zumindest einem Prozessor ausgeführt wird.
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