DE10112811A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Datenübertragung in der ATM Kommunikation - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenübertragung in der ATM-Kommunikation. Bei diesem Verfahren und mit dieser Vorrichtung können die Hardwareressourcen eines Mikrocontrollers (muM) für die Segmentation und die Reassemblierung von Datenpaketen (D, Z) bei Verwendung von nicht für ATM-Kommunikation spezifizierten Schnittstellen genutzt werden. Dazu werden die für ATM-Kommunikation spezifizierten Schnittstellen (LBM) im Loopback Mode betrieben. Die integrierte Hardware ist damit in der Lage, sich selbst über diese Schnittstelle (LBM) zu Zellen (Z) segmentierte Daten zu schicken und diese einem Empfangkanal (ED) zuzuführen, der wahlweise Reassemblierung durchführt (Figur 3).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Ansprüche 1 und 2.

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 in öffentlichen Vermittlungsnetzen wie z. B. EWSD (Elektroni­ sches WählSystem Digital) bereitgestellt werden.

Asynchron Transfer Modus (ATM) wird, aus der Sicht der Daten­ übertragung, als ein spezieller, paketorientierter Übertra­ gungsmodus angesehen, der auf asynchronem Zeitvielfach- Multiplex und dem Einsatz von Zellen mit fester Länge be­ ruht. Jede Zelle besteht aus einem Datenfeld und einem Daten­ kopf (Header). Der Kopf wird vor allem zur Identifikation von Zellen, die zum selben virtuellen Kanal innerhalb des asyn­ chronen Zeitvielfach-Multiplexverfahrens gehören, und zur Durchführung der entsprechenden Wegefestlegung eingesetzt. Das Datenfeld von ATM-Zellen bleibt beim Transport durch das Netzwerk transparent.

Alle Dienste können mittels ATM befördert werden, einschließ­ lich der verbindungslosen Dienste. Dazu wurden ATM- Anpassungsschichten (AAL) festgelegt. Die AAL-eigene Informa­ tion ist im Datenfeld der ATM-Zelle enthalten.

Die Durchschaltung der Daten im ATM-basierten Netz ist ver­ bindungsorientiert. Es sind zwei Arten von Verbindungen mög­ lich: Verbindungen über virtuelle Kanäle (VCC), die die Übermittlungs- und Anwenderdaten transportieren und Ver­ bindungen über virtuelle Pfade (VPC). Ein VPC kann als eine Ansammlung von VCC betrachtet werden.

Die Erkennung einer ATM-Zelle auf einem physischen Übertra­ gungsmedium erfolgt durch ATM-Zellkennzeichnung. Dies ist die Grundlage für alle weiteren Arbeitsschritte.

Eine ATM-Zelle besteht aus einem fünf Bytes langen Header und einem 48 Bytes langen Informations- oder Nutzdatenteil. Bei dem ATM-Datenübertragungsverfahren werden also Datenpakete variabler Größe vor der Übertragung von einem Mikrocontroller in 48 Byte lange Stücke zerteilt und mit einem 5 Byte langen Header versehen - dies nennt sich "Segmentation". Diese Zel­ len werden an die Bausteine weitergegeben, welche die physi­ kalische Schicht bearbeiten. Diese Bausteine verfügen über standardisierte Schnittstellen (UTOPIA; Serial ATM) um mit den Mikrocontrollern kommunizieren zu können. Jene verfügen aber auch über andere standardisierte Schnittstellen, wie z. B. einen Standard Daten- und Adressbus, die jedoch nicht für die Übertragung von ATM-Daten spezifiziert sind.

Um den Inhalt der Datenpakete bei einer Übertragung auch am Ende der Übertragungsverbindung wieder zu erhalten, müssen die einzelnen segmentierten Stücke (Zellen) im Zellstrom wie­ dergefunden (Anfang und Ende) und in der richtigen Reihenfol­ ge durch Reassemblierung wieder zum Originaldatenpaket zusam­ mengesetzt werden (Reassembly). Dazu werden sogenannte Prüf­ summen der Datenpakete berechnet und verglichen (Prüfsummen- Checks).

Jede Sendestation muss daher vor dem Versenden einer ATM- Zelle eine Prüfsumme über den gesamten ATM-Header errechnen. Dafür gibt es ein 8 Bit Header-Prüfsummenfeld (Header Error Control HEC). Um aus einem Bitstrom den Beginn einer Zelle erkennen zu können, wird ein bestimmter Algorithmus ange­ wandt, der hier nicht weiter abgehandelt werden muss, da er zur vorliegenden Erfindung nichts beiträgt. Je nach Implemen­ tierung werden auch die einzelnen Zellen mit Prüfsummen abge­ sichert, die dann sowohl beim Senden als auch beim Empfang zu berechnen sind.

Die Funktionen "Segmentation" und "Reassambly" erfordern bei den Mikrocontrollern einen speziellen Hardwareblock, der die­ se Aufgabe um ein Vielfaches effizienter bewältigen kann, als eine reine Software-Lösung. Dieser Hardwareblock ist aller­ dings für die vorstehend genannten standardisierten Schnitt­ stellen zu den physikalischen Bausteinen (PHY-Bausteine) ent­ wickelt worden und bei der Lösung der genannten Aufgaben auch auf diese begrenzt.

Die für die ATM-Kommunikation zwischen den Mikrokontrollern und den PHY-Bausteinen optimierte standardisierte Schnitt­ stelle "UTOPIA" ist aufgrund der Anzahl von zur Verfügung stehenden Adressen in ihrer Anwendung begrenzt. Obwohl die Mikrocontroller über eine ausreichende Hardware-Kapazität für die Funktionen "Segmentation" und "Reassambly" verfügen, kann diese nicht vollständig genutzt werden, da die genannte Schnittstelle nicht über ausreichend viele Adressen verfügt. Software-Lösungen sind hingegen um ein Vielfaches zeitaufwen­ diger.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der ATM- Datenübertragung die vorhandenen Hardware-Kapazitäten des Mikrocontrollers besser zu nutzen, und ein Verfahren an­ zugeben, welches eine effizientere ATM-Datenübertragung er­ möglicht, ohne auf die geringe Anzahl von Adressen der stan­ dardisierten Schnittstelle "UTOPIA" beschränkt zu sein. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise durchgeführt werden kann.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruche 2 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens liegen vor allem darin, dass die vorhandenen Hardware-Kapazitäten des Mikro­ controllers optimal genutzt werden können, und dass die Da­ tenübertragung besonders effizient erfolgen kann.

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

Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Datenübertragungsschemas,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm und

Fig. 3 einen schematisch dargestellten Mikrocontrollerbau­ stein.

In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild eines Datenübertragungs­ schemas zwischen zwei Teilnehmern A und B einer ATM-Daten­ übertragungsverbindung dargestellt. Bei dieser ATM-Daten­ übertragungsverbindung können die Endkunden am Teilnehmer A angeschlossen sein und der Teilnehmer B stellt den Internet- Service-Provider ISP dar. Die Linecard LC und der Paket-Hub PHub sind technisch ähnlich und durch entsprechende Bausteine realisiert. Diese enthalten u. a. Mikrocontroller als Master M sowie sogenannte PHY-Bausteine als Slave S, welche die phy­ sikalischen Schichten - die miteinander logisch verknüpft sind - der sogenannten Protokoll-Stacks beinhalten.

Eine der physikalischen Schichten eines Protokoll-Stacks ist die ATM 25-Schicht. Über eine ATM 25-Strecke Ü kommunizieren die ATM 25-Schichten der PHY-Bausteine - Slaves - Sn(A) und Sn(B) der Teilnehmer A und B miteinander. Die Mikrocontroller - Master - M(A) bzw. M(B) und die PHY-Bausteine - Slaves - S(A) bzw. S(B)korrespondieren über die standardisierten Schnittstellen UA bzw. UB miteinander. Die standardisierten Schnittstellen sind beispielsweise als sogenannte UTOPIA- Schnittstelle oder als Serial-ATM-Schnittstelle ausgebildet. UTOPIA-Schnittstellen verfügen nur über eine begrenzte Anzahl von beispielsweise 31 Adressen.

Wenn mehr als 31 PHY-Bausteine S0 bis S30 mit einem Mikro­ controller M korrespondieren sollen, mussten beim Stand der Technik diese Verbindungen durch Software-Lösungen realisiert werden. Derartige Software-Lösungen sind für diese Aufgaben aber um ein vielfaches ineffizienter, als Hardware-Lösungen. Die Mikrocontroller M verfügen zwar über ausreichende Hard­ ware-Ressourcen zur erforderlichen Segmentation und Reas­ semblierung von Datenpaketen, aber die standardisierten Schnittstellen, wie UTOPIA-Schnittstellen oder Serial-ATM- Schnittstellen, verfügen nicht über genügend viele Adressen, für die Kommunikation der Mikrocontroller M mit einer ausrei­ chenden Anzahl von PHY-Bausteinen Sn. Andere Standard Daten- und Adressbusse der Mikrocontroller M sind als Schnittstellen für die Kommunikation mit den PHY-Bausteinen jedoch nicht oh­ ne weiteres geeignet.

Hier greift die Erfindung ein, wie nachstehend anhand der Fig. 2 und 3 noch näher erläutert wird.

Das in Fig. 2 schematisch dargestellte Ablaufdiagramm zeigt einen sogenannten Protokoll-Stack, welcher die physikalischen Schichten eines PHY-Bausteins Sn beinhaltet und einen Spei­ cher HS für die zu übertragenden Daten darstellt. Gezeigt ist eine TCP-Schicht, welche das Transmission Convergency Protocol repräsentiert, eine IP-Schicht, welche das Internet Pro­ tocol repräsentiert und die bereits erwähnte ATM 25-Schicht.

Aus dem Speicher HS können komplette Datenpakete D von der IP-Schicht über einen Sendekanal SD zu der ATM 25-Schicht ü­ bertragen werden, wobei in einem Segmentierungsbaustein Sb eine automatische Segmentierung in einzelne Zellen Z erfolgt. Wenn die Richtung stimmt und die Adresse noch im Adressbe­ reich einer standardisierten Schnittstelle U(A), U(B) liegt, werden die automatisch segmentierten Zellen Z des ursprüng­ lich kompletten Datenpakets D der ATM 25-Schicht direkt zuge­ führt (punktiert dargestellte Verbindungslinie). Wenn aber die Adresse außerhalb des Adressbereichs der Standard- Schnittstelle U(A), U(B) liegt, werden die segmentierten Zel­ len Z über eine im Loopback Modus arbeitende Schnittstelle LBM in einen Empfängerkanal EZ eingespeist und ohne Reas­ semblierung in die ATM 25-Schicht des Speichers HS zurückge­ schleift.

In der anderen Richtung werden aus der ATM 25-Schicht des Speichers HS bereits segmentierte Zellen Z über einen Sende­ kanal SZ und eine standardisierte Schnittstelle U(A), U(B) direkt in eine IP-Schicht des Speichers HS übertragen, wobei sie automatisch in einem Reassemblierungsbaustein Rb reas­ sembliert werden, wenn ihre Adresse in dem zulässigen Adress­ bereich der Schnittstelle U(A), U(B) liegt und die Richtung stimmt (punktiert dargestellte Verbindungslinie). Wenn die Adresse jedoch nicht in dem zulässigen Adressbereich der standardisierten Schnittstellen U(A), U(B) liegt, werden die Zellen Z, die bereits über die richtige Adresse verfügen müs­ sen, über eine im Loopback Modus arbeitende Schnittstelle LBM in einen für Reassemblierung konfigurierten Empfangskanal ED geschleift, der dazu einen Reassemblierungsbaustein Rb auf­ weist, und von dort als komplettes Datenpaket D wieder der IP-Schicht des Speichers HS zugeführt.

In Fig. 3 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel in Form ei­ nes Mikrocontrollerbausteins µM schematisch dargestellt. In einem Hauptspeicher HS befinden sich Daten, welche übertragen werden sollen. Dieser Hauptspeicher HS entspricht dem Spei­ cher HS der vorstehenden Beschreibung und kann den Protokoll- Stack verkörpern. Die im Hauptspeicher HS befindlichen Daten sind in unterschiedlichen Formaten abgespeichert.

In einem Format ist ein komplettes Datenpaket D vorhanden, welches segmentiert und übertragen werden soll. Um die Seg­ mentation durchzuführen wird dieses Datenpaket D aus dem Hauptspeicher HS entnommen und einem Sendekanal SD zugeführt. Dieser ist mit einem Segmentationsbaustein Sb ausgestattet, somit für eine Segmentation eingerichtet, und teilt das Da­ tenpaket D in mehrere Zellen Z auf. Anschließend werden diese Zellen Z - mit der richtigen Adresse im Header versehen - ei­ nem Multiplexer MPX zugeführt. Die Zellen Z werden nun über eine im Loopback Mode arbeitende Schnittstelle LBM zurückge­ schleift. Ein Demultiplexer DMPX erkennt den richtigen Emp­ fangskanal EZ anhand der mitgegebenen Adresse. Der Empfangs­ kanal EZ ist so konfiguriert, das er die Zellen Z direkt in den Hauptspeicher HS schreibt, ohne eine Reassemblierung durchzuführen. Somit ist das Datenpaket in mehrere Zellen zerlegt worden und diese können nun über eine nicht für ATM spezifizierte Schnittstelle an einen PHY-Baustein Sn weiter­ gereicht werden (ATM 25-Schicht).

Die über die nicht für ATM spezifizierte Schnittstelle in den Hauptspeicher gelangten Zellen Z müssen vor der Übergabe an die IP-Schicht wieder reassembliert werden.

Dazu werden die im Hauptspeicher HS als Zellen Z vorliegenden Daten einem Sendekanal SZ zugeführt, der keine Segmentation durchführt, sondern bereits segmentierte Daten in Form von Zellen Z erwartet. Diese Zellen Z, die bereits die richtige Adresse enthalten müssen, werden zum Multiplexer MPX weiter­ gereicht und über eine im Loopback Mode arbeitende Schnittstelle LBM vom Demultiplexer DMPX empfangen, welcher sie ei­ nem für Reassemblierung konfigurierten Empfangskanal ED zu­ ordnet. Bei der Reassemblierung im Reassemblierungsbaustein Rb des Empfangskanals ED wird der Zellenanfang anhand eines sogenannten Flags im Header gesucht und die bereits erwähnten 48 Byte Datenstücke dieser und der nachfolgenden Zellen Z bis zum Flag für das Zellenende wieder zu einem kompletten Daten­ paket D zusammengebaut. Wenn die Eingangs erwähnte Checksum­ menprüfung erfolgreich war, kann das Datenpaket D den höheren Protokollschichten (IP-Schichten) zur Verfügung gestellt wer­ den.

Claims (7)

1. Verfahren zur Nutzung von hardwareunterstützter Segmentation und Reassemblierung bei Verwendung von nicht für ATM-Kommunikation spezifizierten Schnittstellen auf Mikro­ controllern, gekennzeichnet durch folgende Ver­ fahrensschritte:
Auf dem Mikrocontroller (M(A); M(B)) werden mehrere Sende- (SD; SZ) und Empfangskanäle (ED; EZ) eingerichtet, welche durch ihre Wirkungsrichtung als Sende-(SD; SZ) oder Empfangs­ kanal (ED; EZ) fungieren und Kanalpärchen (SD, EZ und SZ, ED) bilden;
Die Sende- (SD; SZ) und Empfangskanäle (ED; EZ) werden über eine für ATM-Kommunikation spezifizierte Schnittstelle (LBM) so miteinander verbunden, dass sie im sogenannten Loopback Mode arbeiten können;
Die zu übertragenden Daten werden aus einem Speicher (HS) entweder als bereits segmentierte Zellen (Z) oder als kom­ plettes Datenpaket (D), jeweils einem Sendekanal (SD; SZ) zu­ geführt;
Über die Schnittstelle (LBM) werden die bereits segmentierten Zellen (Z) durch einen Empfangskanal (EZ), welcher so konfi­ guriert sein kann, dass er die segmentierten Zellen (Z) reas­ semblieren kann, im Loopback Mode zurück in den Speicher (HS) geschleift;
Die kompletten Datenpakete (D) werden über die Schnittstelle (LBM) und einen segmentierenden Sendekanal (SD) automatisch segmentiert und durch einen Empfangskanal (EZ), der keine Reassemblierung durchführt, im Loopback Mode zurück in den Speicher (HS) geschleift.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (M(A); M(B)) über mehrere Sende- (SD; SZ) und Empfangskanäle (ED; EZ) verfügt, welche durch ihre Wirkungsrichtung als Sende- (SD; SZ) oder Empfangskanal (ED; EZ) fungieren und Kanalpärchen (SD, EZ und SZ, ED) bilden, die über die Schnittstelle (LBM) so miteinander verbunden sind, dass sie im sogenannten Loopback Mode arbeiten können, und bei der die zu übertragenden Daten (D, Z) aus einem Spei­ cher (HS) entweder als bereits segmentierte Zellen (Z) oder als komplettes Datenpaket (D), jeweils einem Sendekanal (SZ; SD) zuführbar sind, und bei der die bereits segmentierten Zellen (Z) von dem Sendekanal (SZ) im Loopback Mode über die Schnittstelle (LBM) durch den Empfangskanal (ED), welcher ei­ nen Reassemblierungsbaustein (Rb) zum reassemblieren der seg­ mentierten Zellen (Z) aufweist, in den Speicher (HS) zurück schleifbar sind, und bei der die kompletten Datenpakete (D) über einen segmentierenden Sendekanal (SD) durch einen Seg­ mentationsbaustein (Sb) automatisch segmentierbar, über die Schnittstelle (LBM) im Loopback Mode einem nicht reassemblie­ renden Empfangskanal (EZ) zuführbar und in den Speicher (HS) zurück schleifbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als im Loopback Mode arbeitende Schnittstellen (LBM) so­ genannte UTOPIA-Schnittstellen verwendet werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- (SD; SZ) und Empfangskanäle (ED; EZ) für meh­ rere Datenpakete (D) eingesetzt werden, und dass der Multi­ plexer (MPX) und der Demultiplexer (DMPX) die Zuordnung der Datenpakete (D) vornehmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalpärchen (SD, EZ und SZ, ED) jeweils von einem Sendekanal (SD) für komplette Datenpakete (D) und einem Emp­ fangskanal (EZ) für Zellen (Z) sowie von einem Sendekanal (SZ) für Zellen (Z) und einem Empfangskanal (ED) für komplet­ te Datenpakete (D) gebildet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass jeder Sende- (SD; SZ) oder Empfangskanal (ED; EZ) im Mik­ rocontrollerbaustein (µM) eine ATM-Verbindung repräsentiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptspeicher (HS) von einem Protokoll-Stack gebil­ det wird, welcher die physikalischen Schichten eines PHY- Bausteines (Sn) enthält.