DE10104705A1 - Verfahren und Telekommunikationseinrichtung zum Übertragen von Sprach- und Allgemeindaten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen von Sprachdaten und Allgemeindaten auf einer Vielzahl von Teilnehmerleitungen über eine Telekommunikationseinrichtung mit einer Vielzahl von Teilnehmeranschlüssen (Anschlussports, Linecards), bei der die Sprachdaten und die Allgemeindaten in getrennten Frequenzlagen moduliert und mittels einer Splittermatrix auf die Teilnehmerports gegeben werden, wobei für die Vermittlung der Allgemeindaten in einer digitalen Vermittlungsanlage (Digitale Subscriber Line Access Multiplexer DSLAM) die zur Verfügung stehende Anzahl M von ADSL-Ports (Asymmetric Digital Subsciber Line)-Anschlüsse kleiner ist als die Anzahl N von Teilnehmeranschlüssen, und dass zur Optimierung der an die M ADSL-Ports anschaltbare Anzahl von N Teilnehmeranschlüssen eine dynamisch steuerbare (adaptiv gesteuerte neuronale) Schaltung (SSA) vorgesehen ist, deren Steuerparameter aus den tatsächlichen Datenübertragungsaktivitäten der Benutzer gewonnen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Sprachdaten und Allgemeindaten auf einer Viel­ zahl von Teilnehmerleitungen mittels einer Telekommunikati­ onseinrichtung gemäß Anspruch 1 und auf Vorrichtungen zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 4.

Beim Übertragen von Sprachdaten und Allgemeindaten sollen die Übertragungskapazitäten optimal genutzt werden. Unter Allge­ meindaten seien hier Daten unterschiedlicher Kategorien wie z. B. Dateidaten, Videodaten, Emaildaten etc. zusammenge­ fasst.

In Breitbandnetzen (z. B. IP = Internet Protokoll oder ATM = Asynchronous Transfer Mode) muss für eine bestimmte Anzahl von Teilnehmern eine bestimmte Anzahl von Linecard Ressourcen bereitgestellt werden. Pro Teilnehmer wird demgemäss jeder­ zeit ein voller Anschlussport zur Verfügung gestellt. Ein An­ schlussport bildet eine Teilnehmerleitungsschaltung, welche in Form einer Anschlusskarte, einer sogenannten Linecard re­ alisiert wird. Die Anzahl der Linecards stellt demgemäss die Linecard Ressourcen dar. Mit Hilfe einer Splittermatrix wer­ den Sprache und Allgemeindaten durch passive Tiefpass- bzw. Hochpassfilter getrennt und auf eine Kupferdoppelader - ein sogenanntes a/b Adernpaar - gegeben. Während für die Übertra­ gung eines Telefongesprächs, also die Übertragung von Sprach­ daten, nur ein kleiner Bereich im Frequenzband verwendet wird, werden im Bereich der höheren Frequenzen die Daten mit Hochgeschwindigkeit Übertragen. Die höheren Frequenzen über­ tragen demgemäss die Hochgeschwindigkeitsdaten, während die tiefen Frequenzen nach wie vor für die Übertragung von Tele­ fongesprächen zuständig sind.

Auf diese Weise können über eine einzige herkömmliche Kupfer­ doppelader mit hoher Geschwindigkeit Datenströme übertragen werden und - wie bisher auch - normale Telefongespräche im analogen oder ISDN-Modus (ISDN = Integrated Services Digital Network) geführt werden.

Die vorgenannte Splittermatrix verfügt über beispielsweise N Sprachaderpaare und N Datenaderpaare, welche zu N Gesamtader­ paaren statisch über die bereits erwähnten passiven Tiefpass- bzw. Hochpassfilter zusammengefasst werden.

Die Sprachanschlüsse gehen auf eine klassische Vermittlungs­ stelle, die als EWSD (Elektronisches WählSystem Digital) oder PSTN (Public Switched Telefon Network) bezeichnet wird, und die Daten gehen nach dem Splitter auf einen DSLAM (Digital Subsciber Line Access Multiplexer - ein Gerät, welches die Signale mehrerer DSL-Leitungen in einen Breitbandkanal um­ setzt) und von dort in das IP Netz. Dazu wird im DSLAM die ADSL Technik genutzt. Unter ADSL wird die Asymmetric Digital Subsciber Line - Technik verstanden; eine Übertragungstech­ nik, die mit hoher Bandbreite sowohl Plain Old Telefon Servi­ ces (POTS) für die Geasprächsübertragung als auch unsymmetri­ schen Multimediadienst ohne Regeneratoren auf dem gleichen Adernpaar störungsfrei zulässt. Unsymmetrisch (ADSL) inso­ fern, dass der Weg vom Nutzer zum Netz (Upstream) relativ niederratig mit ca. 500 Kbit/s betrieben wird, der Weg vom Netz zum Nutzer (Downsteam) hingegen relativ hochratig mit bis zu ca. 8 Mbit/s betrieben werden kann.

Der ADSL-Standard integriert gewissermaßen die herkömmliche analoge Telefonie und den digitalen Nachfolger ISDN. Die ana­ logen Dienste wie Sprache, Fax oder auch gegebenenfalls ana­ loge Daten werden nach wie vor im Basisband auf der Kupfer­ leitung übertragen. ADSL belegt mit seinen Hochgeschwindig­ keitsdaten erst den Frequenzbereich ab etwa 25 kHz und über­ lässt somit den POTS damit ihren angestammten Platz im Fre­ quenzspektrum.

Die ADSL Ressourcen Bines DSLAM sind aufgrund des Einsatzes von komplexer Technologie allerdings sehr teuer.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die ADSL Ressourcen der teuren DSLAM Technologie besser zu nutzen und unter Berücksichtigung des tatsächlichen Benutzerverhal­ tens mit Hilfe einer Verkehrsstatistik die Linecard- Ressourcen optimal einzusetzen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentanspruches 1 bzw. durch Vorrich­ tungen gemäß des Patentanspruches 4.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den ab­ hängigen Ansprüchen angegeben.

In besonders vorteilhafter Weise wird die Splittermatrix durch eine dynamisch steuerbare Vorrichtung ersetzt, welche N Sprachaderpaare mit M Datenaderpaaren zu N Gesamtaderpaaren kombiniert. Die dynamische Steuerung dieser Vorrichtung (Smart Splitter Array) erfolgt aufgrund von Erkenntnissen, die aus den ADSL-Dateanaktivitäten der Teilnehmer gewonnen werden können, wie später noch beschrieben wird.

Wenn die Anzahl M der Datenaderpaare kleiner ist als die An­ zahl N der Sprachaderpaare bzw. der Gesamtaderpaare N, kann es zu Besetztsituationen kommen, wenn mehr als M Teilnehmer gleichzeitig Datenaktivitäten austauschen wollen. Für solche Situationen sollte M so gewählt sein, dass ein bestimmtes er­ trägliches Verfügbarkeitsprofil erreicht wird. Die empirische Optimierung der Anzahl M der Datenaderpaare kann durch die zeitweilige parallele Zusammenschaltung einer klassischen voll verfügbaren DSLAM-Anlage mit der erfindungsgemäßen adap­ tiven Splittermatrix (Smart Splitter Array) durch einen zeit­ lich begrenzten Trainingsprozess unter Einschluss neuronaler Techniken geleistet werden. Dieser Optimierungsprozess nutzt das Teilnehmerverhalten durch Mithören der Benutzeraktivitä­ ten über einen hinreichenden Zeitraum.

Die Parameter N und M sollten dabei hinreichend groß gewählt werden, und der neuronale Trainingszeitraum sollte zur Absi­ cherung der Heuristik hinreichend lange gewählt werden.

Die zu erwartende Einsparung bei den wertvollen ADSL Ressour­ cen und die Anpassungsmöglichkeiten an verschiedene Kunden- Geschäftsmodelle führen für den Kunden zu einem optimalen Dienstemix, so dass geringe Verzögerungen beim Verbindungs­ aufbau gegenüber diesen Vorteilen zu vernachlässigen sind.

Die Zeitdauer für die Zuteilung einer ADSL Ressource durch das Smart Splitter Array führen nämlich nur zu einer unwe­ sentlich längeren Wartedauer beim Verbindungsaufbau.

Mit Hilfe eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Er­ findung nachstehend anhand der Zeichnungen noch näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Kommunikationseinrich­ tung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit Smart Splitter Array und

Fig. 3 ein Smart Splitter Array gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild einer Kommunikationsein­ richtung 1 dargestellt, in der eine erfindungsgemäße Vorrich­ tung in Form eines Smart Splitter Arrays SSA realisiert ist. Die Kommunikationseinrichtung 1 ist bestehend aus zwei Haupt­ bestandteilen dargestellt, nämlich der privaten Teilnehmer­ seite PO (Private Office) und der öffentlichen Vermittlungs­ seite CO (Central Office). Auf der privaten Teilnehmerseite PO sind Endgeräte in Form von Telefonen T und mittels Netz­ werk NT vernetzten Ccmputern C sowie sogenannte Voice- Splitter VS installiert. Auf der öffentlichen Vermittlungs­ seite - im Central Office CO - sind ein Hauptverteiler HVT, das digitale elektronische Wählsystem EWSD für die herkömmlichen Telefonie-POTS- bzw. ISDN-Dienste, sowie ein Router R als Netzknoten für den Zugang zum Internet IP.

Die Computer C sind mittels Netzwerk NT vernetzt und deren zu übertragende Daten werden einem Voice-Splitter VS zugeführt. Die Dienste (POTS) von einem oder mehreren Telefonen T werden ebenfalls dem Voice-Splitter VS zugeführt. Der Voice-Splitter VS besteht im wesentlichen aus einem Tiefpass für die im re­ lativ niederfrequenten Frequenzbereich bis ca. 3,4 kHz über­ tragene Sprache, sowie aus einem Hochpass für die ADSL- Dienste in einem Frequenzbereich ab etwa 25 kHz. Solche Bau­ elemente werden auch als POTS-Splitter bezeichnet, weil sie die Trennung von POTS und ADSL durch eine Hoch- und Tiefpass- ADSL-Übertragungseinheit. Analog können allerdings auch ISDN- Splitter eingesetzt werden.

Auf der öffentlichen Vermittlungsseite - im Central Office CO - gelangen die übertragenen Dienste über einen Hauptverteiler HVT zu einem Splitter SSA, der gemäß der Erfindung als adap­ tiv gesteuertes neuronales Smart Splitter Array ausgebildet ist. In diesem Splitter werden die niederfrequenten Sprach­ dienste (bis ca. 3,4 kHz) wieder von den höherfrequenten ADSL-Diensten (ab ca. 25 kHz) getrennt. Dabei werden die POTS- Dienste zu einer klassischen elektronischen Vermittlungssta­ tion EWSD übertragen. Die ADSL-Dienste gehen auf einen DSLAM und von dort in das IP-Netz. Der DSLAM beinhaltet die durch den Einsatz komplexer Technologie verhältnismäßig sehr teuren ADSL-Ressourcen. Um die ADSL-Ressourcen des DSLAM besser nut­ zen zu können, soll erfindungsgemäß eine bessere Ausnutzung der Linecard-Anschlüsse erfolgen.

Anders als in herkömmlichen Splittern wird die Splittermatrix im Smart Splitter Array SSA ersetzt durch ein dynamisch steu­ erbares Gebilde, welches N Sprachaderpaare mit M Datenader­ paare zu N Gesamtaderpaaren kombiniert. D. h. die zu vermit­ telnden Daten werden in einer Art Multiplexverfahren auf eine reduzierte Anzahl von Linecards geschaltet. Pro Dauer einer Verbindung wird diese jedoch über die ausgewählte Linecard gehalten und die Verbindung garantiert. Die Verteilung der nachgefragten Datenkanäle auf M Datenaderpaare erfolgt nach statistischen Erkenntnissen, welche empirisch ermittelt wor­ den sind, wie später zu den folgenden Figuren noch erläutert werden wird.

In Fig. 2 ist ein schematischer Ausschnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt. Am Eingang des Smart Splitter Ar­ ray SSA liegt - über einen Hauptverteiler HVT angeschlossen - eine Anzahl 1 bis N Aderpaare a/b an. Die Sprachdienste wer­ den durch im Smart Splitter Array SSA enthaltene passive Splitter, welche als Tiefpass und als Hochpass ausgebildet sind, ausgefiltert und über den Hauptverteiler HVT direkt ei­ ner klassischen Vermittlungsstelle EWSD zugeführt. Von dort werden sie als PSTN- oder auch POTS-Dienste weitervermittelt.

Die durch den nicht dargestellten passiven Hochpass separier­ ten Daten gehen auf eine Anzahl von 1 bis M Aderpaare, durch welche sie einem DSLAM - einem Digital Subsciber Line Access Multiplexer - zugeführt und von dort ins IP-Netz gespeist werden. Um teure ASDL Ressourcen im DSLAM besser nutzen zu können, wird die Anzahl der Aderpaare 1 bis M kleiner gehal­ ten, als die Anzahl der Aderpaare 1 bis N für die Sprach­ dienste. Da die Anzahl 1 bis M für die Datendienste kleiner ist, als die Anzahl 1 bis N für die Sprachdienste, kann es zu "Besetztsituationen" kommen, wenn mehr als M Teilnehmer gleichzeitig Daten austauschen wollen. Die Anzahl M der zur Verfügung stehenden Datenaderpaare 1 bis M wird daher so ge­ wählt, dass ein vorab festgelegtes, erträgliches Verfügbar­ keitsprofil erreicht wird. Die empirische Optimierung der An­ zahl M der zur Verfügung zu stellenden Aderpaare a/b kann mit Hilfe einer parallel angeschalteten klassischen voll verfüg­ baren DSLAM-Anlage und der adaptiv angeschlossenen erfin­ dungsgemäßen Splittermatrix, dem Smart Splitter Array SSA durch einen Trainingsprozess ermittelt werden. Dieser Trainingsprozess umfasst das Ermitteln der Datenaktivitäten durch Mithören des Benutzerverhaltens über einen hinreichend langen Trainingszeitraum. Dabei müssen die Parameter N und M hinrei­ chend groß gewählt werden und der neuronale Trainingszeitraum sollte zur Absicherung der Heuristik lang genug sein. Ferner ist zu berücksichtigen, dass sich die Zeitdauern für die Zu­ teilung einer ADSL-Ressource nur unwesentlich zu den unver­ meidlichen Zeitdauern beim Verbindungsaufbau hinzuaddieren. Auf diese Weise können wertvolle ADSL-Ressourcen eingespart und die unterschiedlichsten Kunden-Geschäftsmodelle dennoch zu einem optimalen Dienstemix kombiniert werden.

In Fig. 3 ist ein schematischer Aufbau eines erfindungsgemä­ ßen Smart Splitter Arrays SSA dargestellt. An seinem Eingang liegen Aderpaare a/b, auf denen die integrierten Dienste zum Smart Splitter Array SSA gelangen. Sie werden in passiven Filtern in Form von Hoch- und Tiefpässen TP/HP in unter­ schiedliche Frequenzlagen getrennt und weiterbehandelt. Die Sprache geht in Form von niederfrequenten Sprachdaten über einen Hauptverteiler HVT als POTS zu einer bereits beschrie­ benen klassischen Vermittlungsstelle und von dort aus ins Netz. Die ausgefilterten höherfrequenten Allgemeindaten ge­ langen zu einem sogenannten analogen Frontend AFE, in welchem die Signale erkannt und analog weiterverarbeitet werden. An­ schließend werden sie in einem Analog/Digitalwandler A/D di­ gitalisiert und einen Steuerrechner DSP zugeführt, welcher als "Digital Signal Processor" speziell für die digitale Wei­ terverarbeitung ausgelegt ist, und einer speziellen Prozes­ sorfamilie angehört, die für Filterung, Modulation, Datenkom­ pression und Bestimmung der jeweiligen Datenübertragungsrate besonders geeignet ist. Diese Schaltung stellt eine Erken­ nungseinrichtung dar, die den Aufbau einer Verbindung anhand der bereits beschriebenen standardisierten Trainingssequenz "mithört" bzw. die spektrale Leistungsverteilung auf der Lei­ tung ermittelt. Eine derartige Erkennungsschaltung kann für mehrere Leitungen gemultiplext werden, die dazu erforderli­ chen Algorithmen des Steuerrechners DSP sind in diesem Fall ungleich einfacher, als eine vollständige Übertragung bei Be­ reitstellung vollständiger ADSL-Ressourcen. Auch der Aufbau einer derartigen Halbleiterschaltmatrix ist verhältnismäßig einfach, denn er kann mit CMOS Transfergates erfolgen, weil die geforderte Spannungsfestigkeit sich auf den ADSL-Teil be­ schränkt, denn die Sprache mit ihrem hohen Gleichspannungsbe­ reich ist ja durch die weiter oben beschriebenen Splitter ab­ getrennt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Übertragen von Sprachdaten und Allgemein­ daten auf einer Vielzahl von Teilnehmerleitungen über eine Telekommunikationseinrichtung mit einer Vielzahl von Teilneh­ meranschlüssen (Anschlussports, Linecards), bei dem die Sprachdaten und die Allgemeindaten in getrennten Frequenzla­ gen moduliert und mittels einer Splittermatrix auf die Teil­ nehmerports gegeben werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschrit­ te:

• - in einer digitalen Vermittlungsanlage (DSLAM) wird eine Anzahl M von Teilnehmer-Anschluss-Schaltungen (ADSL-Ports) zur Verfügung gestellt, wobei
• - die Anzahl M der zur Verfügung stehenden Teilnehmer- Anschluss-Schaltungen kleiner gewählt ist, als die Anzahl N von Teilnehmeranschlüssen,
• - durch Analyse des Teilnehmerverhaltens werden in we­ nigstens einer Trainingssequenz die Datenaktivitäten ermittelt,
• - in einem empirischen Optimierungsprozess wird sukzes­ sive die Anzahl N von Teilnehmeranschlüssen ermit­ telt, die unter Berücksichtigung eines bestimmten Verfügbarkeitsprofils auf die M zur Verfügung stehen­ den Teilnehmer-Anschluss-Schaltungen schaltbar sind, wobei
• - die Grenzwerte des Verfügbarkeitsprofils vorab fest­ gelegt sind,
• - die so ermittelten Werte werden als Steuerdaten einer dynamisch steuerbaren Schaltung (SSA) zugeführt,
• - diese dynamisch steuerbare Schaltung (SSA) kombiniert die N Teilnehmeranschlüsse mit den M zur Verfügung stehenden Teilnehmer-Anschluss-Schaltungen nach Art eines Multiplexers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trainingssequenz zur Analyse des Teilnehmerverhal­ tens das Ermitteln der Datenaktivitäten durch Mithören der spektralen Leistungsverteilung auf der Leitung über einen hinreichend langen Zeitraum umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der empirische Optimierungsprozess mit Hilfe einer pa­ rallel angeschalteten klassischen voll verfügbaren DSLAM- Anlage durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zum Übertragen von Sprachdaten und Allge­ meindaten auf einer Vielzahl von Teilnehmerleitungen über ei­ ne Telekommunikationseinrichtung mit einer Vielzahl von Teil­ nehmeranschlüssen (Anschlussports, Linecards), bei der die Sprachdaten und die Allgemeindaten in getrennten Frequenzla­ gen moduliert und mittels einer Splittermatrix auf die Teil­ nehmerports gegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vermittlung der Allgemeindaten in einer digitale Vermittlungsanlage (Digital Subscriber Line Access Multiple­ xer DSLAM) die zur Verfügung stehende Anzahl M von Teilneh­ mer-Anschluss-Schaltungen (ADSL-Ports, Asymmetric Digital Subsciber Line) kleiner ist, als die Anzahl N von Teilnehmer­ anschlüssen, und dass zur Optimierung der an die M Teilneh­ mer-Anschluss-Schaltungen anschaltbare Anzahl von N Teilneh­ meranschlüssen eine dynamisch steuerbare (adaptiv gesteuerte neuronale) Schaltung (SSA) vorgesehen ist, deren Steuerpara­ meter aus den tatsächlichen Datenübertragungsaktivitäten der Benutzer gewonnen werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (SSA) über ein analoges Frontend (AFE) zur analogen Verarbeitung der Allgemeindaten, einen Analog/Digitalwandler (A/D), und einen Steuerrechner (DSP) ver­ fügt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (SSA) für mehrere Leitungen gemultiplext werden kann.