DE10217856B4

DE10217856B4 - Telekommunikationsnetz und Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Telekommunikationsnetz

Info

Publication number: DE10217856B4
Application number: DE10217856A
Authority: DE
Inventors: Andreas Saurer; Gerfried Krampl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: DE10217856A1

Abstract

Verfahren zum Übertragen von Nutzdaten zwischen Netzknoten (3) in einem Telekommunikationsnetz (1) mit mehreren Kanälen (2), einem Eingangs-Controller und einem Ausgangs-Controller, welcher mehrere hierarchisch angeordnete Multiplexerelemente (12) umfasst, die jeweils über einen von mehreren Eingängen von einem hierarchisch untergeordneten Multiplexerelement (12) oder einem Zwischenspeicher (11) eine Nachrichtenzelle abrufen und über einen Ausgang die Nachrichtenzelle (5) an ein hierarchisch übergeordnetes Multiplexerelement (12) oder an einen Kanal (2) ausgeben, wobei die Nutzdaten in mehreren Nachrichtenzellen (5) mit fester Länge innerhalb von Zellverbänden übertragen werden und jede Nachrichtenzelle ein Kopffeld (6) mit einem Identifizierungsfeld (8, 9) zum Identifizieren eines Senders und eines Empfängers in dem Telekommunikationsnetz und ein Nutzdatenfeld (7) mit den Nutzdaten enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
– Einrichten einer Multiplexerelement-Eingangszuweisungstabelle, welche Verbindungen von Zwischenspeichern (11) zu Multiplexerelementen (12) und zwischen Multiplexerelementen (12) festlegt;
– Anlegen einer Multiplexerelement-Aktualisierungspfadtabelle, welche für jeden Zwischenspeicher (11) zu aktualisierende nachfolgende Multiplexerelemente...

Description

Die Erfindung betrifft ein Telekommunikationsnetz und ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Telekommunikationsnetz nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 6.
In den meisten Telekommunikationsnetzen muss in Netzknoten eine Neuorganisation der übertragenen Daten erfolgen, die durch die Priorität der Daten und die Bandbreitenanforderungen bestimmt ist. Dies macht in den Netzknoten Schaltvorgänge und Pipelining erforderlich, wofür in dem Netzknoten Zwischenspeicher (queue) und Multiplexerelemente (scheduler) vorgesehen sind. Um wechselnden Anforderungen in Bezug auf Verkehr und Auslastung des Telekommunikationsnetzes begegnen zu können, müssen diese Zwischenspeicher und die Multiplexerelemente möglichst flexibel konfigurierbar sein. Die Reihenfolge beim Abrufen von Daten aus einem der Zwischenspeicher ist gegeben durch einen Multiplexalgorithmus (scheduling), der von jedem der Multiplexerelemente durchgeführt wird. Der Multiplexalgorithmus geht dabei vom Ladezustand des jeweiligen Zwischenspeichers (leer – nicht leer) aus, bei einigen dieser Multiplexalgorithmen wird außerdem eine individuelle Wichtung der Zwischenspeicher berücksichtigt.
Der Zustand des Ausgangs des letzten, hierarchisch höchsten Multiplexerelements bestimmt sich also in Abhängigkeit von der Verfügbarkeitsinformation in Bezug auf die Zellen/Nutzdaten in den einzelnen Zwischenspeichern. Mit anderen Worten, anhand des Ausgangszustandes lässt sich eine Aussage darüber treffen, ob und in welchem Zwischenspeicher überhaupt ein Element vorliegt, das weitergeleitet werden kann. Anhand dieser Information wird das nächste Element aus dem bezeichneten Zwischenspeicher geholt, um es über einen Kanal weiterzutransportieren.

Aus US 5 793 766 ist ein Multiplex-Verfahren bei einer asynchronen Übertragung in einem Telekommunikationsnetz bekannt, bei dem Nutzdaten in mehreren Zellen abgespeichert werden, die demselben logischen Kanal zugeordnet sind, wobei mehrere Datenbehälter (container) demselben Kanal zugeordnet sind und jeder Behälter Nutzdaten enthält, deren Menge größer als die Nutzlastkapazität jeder Zelle ist. Die Nutzdaten eines Behälters setzen sich zusammen aus konventionellen synchronen Kanalelementen und Datenpaketen, die jeweils eine Information über einen logischen Kanal und die Länge des Paketes aufweisen.

In der WO 99/33312 ist beispielsweise ein Vermittlungsnetzwerk beschrieben, bei dem Vermittlungsknoten hierarchisch vernetzt sind. Dabei sind Multiplexerelemente eingesetzt, die von einem Ausgangscontroller gesteuert sind und einen jeweiligen Auslesepfad für in Zwischenspeichern vorliegende Daten bilden.

Um die Daten aus den Zwischenspeichern weiterzuleiten, müssen die Multiplexerelemente in den Netzknoten die Daten aus den Zwischenspeichern abrufen und sie an den Kanal ausgeben. Das Multiplexen soll hierarchisch erfolgen, es soll flexibel und bei mehrstufigen Multiplexeranordnungen außerdem umprogrammierbar sein, die Algorithmen sollen flexibel sein und beliebige, Wichtungs- und Verfügbarkeits-abhängige Funktionen durchführen können. So sollten beispielsweise WRR-(weighted round robin-) oder HOL- (head of the line-) Algorithmen möglich sein.

Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass die Konfiguration der Multiplexerelemente selbst bei einer fest vorgegebenen Anzahl von Zwischenspeichern sehr unterschiedlich sein kann.

Einerseits können alle Zwischenspeicher mit einem Multiplexerelement verbunden sein (einstufiger Aufbau, flat scheduling), andererseits können immer ein Zwischenspeicher und ein hierarchisch niedrigeres Multiplexerelement mit einem hierarchisch höheren Multiplexerelement verbunden sein, so dass sich bei beispielsweise achtundvierzig Zwischenspeichern ein siebenundvierzigstufiger Aufbau ergibt. In dem ersten Beispiel hat das einzige Multiplexerelement achtundvierzig Eingänge, im zweiten Beispiel hat jedes der Multiplexerelemente zwei Eingänge.

Der Netzknoten sollte mit den Multiplexerelementen zwischen diesen vielfältigen Möglichkeiten einfach zu konfigurieren sein, ohne dass eine gänzlich neue Hardware-Struktur eingesetzt werden muss. Insbesondere sollte eine Neukonfiguration im Betrieb möglich sein.

Als zusätzliche Randbedingung darf die Zeit für das Neukonfigurieren und das Aktualisieren des Zustandes am Ausgang der Multiplexerelemente bei Veränderungen des Ladezustandes der Zwischenspeicher nur möglichst wenig Taktzyklen beanspruchen.

Aufgabe der Erfindung ist es, im Rahmen eines Zeitmultiplexverfahren die Zeitreihenfolge von Elementen aus den verschiedenen Zwischenspeichern abhängig von der Verfügbarkeit von Elementen in den Zwischenspeichern, von der Konfiguration und der Verschaltung sowie mit möglichst geringem schaltungstechnischen Aufwand effizient zu bestimmen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Übertragen von Daten über ein Telekommunikationsnetz nach Anspruch 1 und ein Telekommunikationsnetz nach Anspruch 5. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Um eine größtmögliche Flexibilität bei der Konfiguration zu ermöglichen, bietet sich eine reine Software-Lösung an. Diese würde aber Einbußen an Geschwindigkeit bedeuten.

Die reine Hardware-Lösung zur Sicherstellung höchster Geschwindigkeit bei den Schaltvorgängen bedeutet dagegen eine Reduzierung der Flexibilität bei der Konfiguration, einen hohen schaltungstechnischen Aufwand und einen hohen Leistungsverbrauch, d.h. neben der mangelnden Flexibilität werden Hardware-Ressourcen unwirtschaftlich eingesetzt, da die Multiplexerelemente parallel arbeiten müssen und für den ungünstigsten Fall ausgelegt werden müssen. Der Grund dafür ist, dass um Multiplexerelemente über ihren Eingang mit Zwischenspeichern und ihren Ausgang mit weiteren Multiplexerelementen flexibel verbinden zu können, Hardware-Multiplexer und/oder Kreuzschienenschalter verwendet werden müssen. Der Aufwand an Hardware steigt aber in Abhängigkeit von der Anzahl der Zwischenspeicher, der Anzahl von Eingängen und der gewünschten Flexibilität dramatisch an.

Als Beispiel sei eine Anzahl von n Zwischenspeichern und n – 1 Multiplexerelementen angenommen. In diesem Fall ließen sich Multiplexerelemente mit n Eingängen implementieren (die parallel arbeiten), so dass eine flexible Konfiguration möglich wäre. Dies bedeutet jedoch einen erheblichen Aufwand an Hardware und damit einen höheren Verbrauch an Chip-Oberfläche, da bei jedem Multiplexerelement eine Umsetzung von (2n – 1):1 erforderlich ist. Entsprechend sind im Fall mehrstufiger Multiplexerelement-Anordnungen die Multiplexerelemente mit n Eingängen überdimensioniert.

Bei einem WRR-Algorithmus mit Zähler beläuft sich der schaltungstechnische Aufwand auf (n – 1)·n Zähler (Akkumulatoren) und n – 1 Multiplexerelemente, da für jedes Multiplexerelement mit n Eingängen n Zähler (für jeden Eingang) notwendig sind.

Schließlich ist die Verarbeitungszeit bei einer mehrstufigen Anordnung des Netzknotens ebenfalls ein Problem, da die Bearbeitungszeit bei einem Multiplexerelement von der Anzahl der Eingänge abhängt.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein Hybridsystem sowohl mit Software- als auch mit Hardware-Komponenten zu schaffen, so dass die Konfiguration flexibel ist und die Anforderungen an die Hardware nicht zu hoch sind, jedoch die Geschwindigkeit ausreicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Auswahl des einen der mehreren Eingänge durch das Steuerelement in Abhängigkeit von der Belegung der Zwischenspeicher (Verfügbarkeitsinformation).

Die Auswahl des Eingangs durch das Steuerelement kann flexibel von verschiedenen Bedingungen abhängig gemacht werden, so kann beispielsweise die Belegung der Zwischenspeicher mit einem Wichtungsfaktor zu jedem Zwischenspeicher bzw. untergeordneten Multiplexerelementverknüpft werden.

Vorzugsweise wird die Belegung und/oder der Wichtungsfaktor zu jedem Zwischenspeicher in einem Belegungsspeicher abgelegt, auf den das Steuerelement zu jeder Zeit Zugriff hat.

Insbesondere wird dieser Belegungsspeicher automatisch aktualisiert, wenn sich die Belegung eines der Zwischenspeicher ändert.

Entsprechend umfasst das beanspruchte Telekommunikationsnetz mehrere hierarchisch angeordnete Multiplexerelemente als Elemente des Ausgangs-Controllers, die jeweils über einen von einer vorgegebenen Anzahl von Eingängen von einem hierarchisch untergeordneten Multiplexerelement bzw. einem Zwischenspeicher eine Nachrichtenzelle abrufen und über einen Ausgang die Nachrichtenzelle an ein hierarchisch übergeordne tes Multiplexerelement bzw. an einen Kanal ausgeben, und ein Steuerelement zum Auswählen des einen der mehreren Eingänge jedes der Multiplexerelemente.

Bei dem beanspruchten Telekomunikationsnetz handelt es sich insbesondere um ein Zeitmultiplex-Telekommunikationsnetz.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Konfiguration eines Netzknotens bei dem Verfahren bzw. dem Telekommunikationsnetz auch im Betrieb angepasst werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.
1 zeigt ein Beispiel einer Topologie eines bekannten Telekommunikationsnetzes, das für die Anwendung der Erfindung geeignet ist.
2 zeigt einen typischen Netzknoten eines Telekommunikationsnetzes nach 1.
3 zeigt den bekannten Aufbau einer Nachrichtenzelle.
4 zeigt einen logischen Auswahlpfad für die Ausgabe von Daten aus einem Zwischenspeicher auf einen Kanal gemäß der Erfindung.
5 zeigt ein Flussdiagramm der Verfahrensschritte, die beim Abrufen von Daten aus einem Zwischenspeicher über mehrere Ebenen von Multiplexerelementen gemäß der Erfindung durchgeführt werden.
Um die Verfügbarkeitsinformation von Zellen und die Quelle zu erhalten, werden im wesentlichen zwei Schritte durchgeführt, nämlich eine Aktualisierung der Verfügbarkeitsinformation zu den Zellen in Bezug auf Zwischenspeicher und Multiplexerelementen und eine Phase mit hierarchischem Multiplexvorgängen.
Im folgenden wird anhand der Figuren ein schneller und unmittelbarer Aktualisierungsvorgang für die Verfügbarkeitsinformation zu den Zellen beschrieben, durch den anschließend ein schneller Multiplexvorgang durchgeführt werden kann. Dieser gliedert sich in zwei Phasen.
Zur Veranschaulichung ist in 1 ein Telekommunikationsnetz 1 schematisch dargestellt. Es umfasst Leitungen oder physikalische Kanäle 2, die Netzknoten 3 untereinander verbinden. An jedem dieser Netzknoten 3 können ein oder mehrere Endgeräte angeschlossen sein, in 1 sind am rechten oberen Netzknoten 3 zwei Datensichtgeräte 4 gezeigt. Das Telekommunikationsnetz ist insbesondere ein Zeitmultiplex-Telekommunikationsnetz.
Ein physikalischer Kanal 2 verbindet zwei Netzknoten 3 miteinander und kann voneinander unabhängige Nutzdateneinheiten übertragen. Ein typischer Netzknoten 3 ist in 2 im einzelnen gezeigt. Wie ersichtlich kommen von links Daten "i" und "j" über einen ersten Kanal 2 am Netzknoten 3 an. Desgleichen kommen von oben über einen zweiten Kanal 2 Daten "x" und "y" am Netzknoten 3 an. Während die Daten "i" über einen dritten Kanal 2 und die Daten "y" über einen vierten Kanal 2 weitertransportiert werden, werden die Daten "j" auf den vierten Kanal und die Daten "x" auf den dritten Kanal "umgeleitet".
Die Nutzdaten "i", "j", "x" und "y" werden dabei in mehreren Nachrichtenzellen mit fester Länge innerhalb von (nicht dargestellten) Zellverbänden (container) übertragen. An dem Netzknoten können die Nachrichtenzellen aus dem Zellverband separiert und einzeln weiterverarbeitet werden, um sie unabhängig von dem ursprünglichen Container in neunen Containern an unterschiedliche Adressaten weiterleiten zu können. Um die Daten unabhängig von dem Kanal 2 und dem Container, mit dem sie angekommen sind, von dem Netzknoten 3 an den Adressaten weiterschicken zu können, weist jede Nachrichtenzelle mehrere Felder im Vorspann (Header) auf.
In 3 ist der typische Aufbau einer Nachrichtenzelle 5 gezeigt. Die Nachrichtenzelle 5 weist ein Kopffeld 6 u.a. mit Sender- und Empfängerinformation und ein Nutzdatenfeld 7 mit den Nutzdaten auf. Das Kopffeld 6 ist im unteren Teil von 3 genauer gezeigt. Als ersten Abschnitt weist das Kopffeld 6 ein Pfadidentifizierungsfeld 8 auf, das zum Definieren eines virtuellen Pfades in dem Telekommunikationsnetz 1 dient. Darüber hinaus wird durch ein Kanalidentifizierungsfeld 9 im Kopffeld 6 ein logischer Kanal in dem Telekommunikationsnetz 1 definiert. Schließlich werden weitere Informationen wie Nutzlastidentifizierung, Kennzeichnung der Zellenpriorität und Fehlerkorrekturinformationen in weiteren Abschnitten übertragen, die hier summarisch durch das Feld 10 angedeutet sind.
Da die Nutzdaten nicht immer sofort weitergeleitet werden können, werden die ankommenden Nutzdaten in Zwischenspeichern zwischengespeichert und erst zu einem gegebenen späteren Zeitpunkt dort wieder abgeholt, um sie in einem zweiten Container an ihren Adressaten bzw. einen weiteren Netzknoten zu schicken.
Der Netzknoten 3 in 1 und 2 umfasst daher wie in 4 gezeigt mehrere Zwischenspeicher 11, die logisch einem Kanal zugeordnet sind. Sie sind durchlaufend numeriert. Wenn ein Zellverband mit mehreren Nachrichtenzellen zu einem anderen Netzknoten versendet werden soll, werden aus diesen Zwischenspeichern 11 darin abgespeicherte Nachrichtenzellen 5 an einen der Kanäle 2 ausgegeben, was in Abhängigkeit von dem Pfadidentifizie rungsfeld 8 und dem Kanalidentifizierungsfeld 9 durch einen Ausgangs-Controller erfolgt.
Um eine effiziente Zeitreihenfolge der Elemente bei verschiedensten Bandbreitenanforderungen und Verkehrsauslastung zu gewährleisten, umfasst der Ausgangs-Controller erfindungsgemäß mehrere Multiplexerelemente 12. Diese Multiplexerelemente 12 sind hierarchisch angeordnet. Das Multiplexerelement, das hierarchisch an erster Stelle kommt (ganz rechts in 4), ist das mit "S4" bezeichnete Multiplexerelement 12. Es hat in der gezeigten Ausführungsform einen Ausgang, über den es mit dem Kanal 2 verbunden ist, über den von dem Netzknoten 3 die Daten an ein Endgerät 4 oder einen weiteren Netzknoten 3 in dem Telekommunikationsnetz 1 abgeschickt werden. Das Multiplexerelement "S4" weist außerdem zwei Eingänge auf, über die es mit dem hierarchisch untergeordneten Multiplexerelement 12 verbunden ist, das in 4 mit "S3" bezeichnet ist. Dieses ist seinerseits wieder mit Multiplexerelementen 12 verbunden, die mit "S1" und "S2" bezeichnet sind. Schließlich sind diese mit den bereits genannten Zwischenspeichern 11 verbunden, die mit "1", "2", "3", "4", "5", und "6" bezeichnet sind.
Wird jetzt am Ausgang des Netzknotens 3 ein Container zu einem weiteren Netzknoten 3 zusammengestellt, so werden Daten je nach Adresse und Priorität aus den Zwischenspeichern 11 geholt. Dazu rufen die jeweils übergeordneten Multiplexerelemente 12 von den hierarchisch untergeordneten Multiplexerelementen 12 bzw. einem Zwischenspeicher 11 eine Nachrichtenzelle ab.
Es kann der Fall vorkommen, dass nur in einem Zwischenspeicher 11 und nicht in allen Zwischenspeichern 11 Daten für das Verschicken bereitliegen. Darüber hinaus, können die Daten je nach verwendetem Suchalgorithmus erst in einem zuletzt abgefragten Zwischenspeicher 11 aufgefunden werden. Schließlich ist es möglich, dass gar keine Daten im Netzknoten 3 zur Ver schickung bereitliegen, so dass die Abfrage gleich hätte abgebrochen werden können.
Um die Abfrage nach Daten zu optimieren und Fehlversuche von vornherein zu unterbinden, wird erfindungsgemäß ein Steuerelement 13 eingeführt, das quasi als "arbiter" dient. Das Steuerelement 13 bestimmt bei jedem Multiplexerelement 12, welcher seiner mehreren Eingänge ausgewählt und abgefragt wird. Die Entscheidung des Steuerelements 13, welcher der Eingänge eines Multiplexerelements 12 abzufragen ist, fällt in Abhängigkeit davon, in welchem Zwischenspeicher 11 überhaupt Daten vorhanden sind, Daten welcher Priorität vorhanden sind, wie viele Daten gleicher Art vorhanden sind etc. Maßgeblich für die Vorgaben des Steuerelements 13 ist also die Belegung der Zwischenspeicher 11 (Verfügbarkeit). Darüber hinaus kann die Information über die Belegung der Zwischenspeicher 11 mit einem Wichtungsfaktor zu jedem Zwischenspeicher 11 verknüpft werden. Um diese Information zur Verfügung zu haben, ist das Steuerelement 13 mit jedem Zwischenspeicher verbunden. Abgelegt wird die Information, d.h. die Belegung und/oder der Wichtungsfaktor zu jedem Zwischenspeicher vorzugsweise in einem (nicht dargestellten) Belegungsspeicher.
So ist in 4 als Beispiel gezeigt, dass sich die gesuchten Daten in dem Zwischenspeicher "3" befinden. Also wird das Multiplexerelement "S4" durch das Steuerelement 13 veranlasst, über einen seiner Eingänge das Multiplexerelement "S3", also das erste Multiplexerelement 12 der zweiten Ebene abzufragen. Das Multiplexerelement 12 mit der Bezeichnung "S3" wird veranlasst, das Element "S1" abzufragen, und dieses greift schließlich auf die Daten im Zwischenspeicher 11 mit der Bezeichnung "3" zu.
Eine Bedingung für das schnelle Aktualisieren ist es, nur die Eingänge der Multiplexerelemente für die Berechnung zuzulassen, die mit Zwischenspeichern oder anderen Multiplexerelementen verbunden sind. Dies kann dadurch sichergestellt wer den, dass eine Verbindungstabelle eingerichtet wird, in der die Eingangsverbindungen aufgelistet sind und die den Eingang des momentan bearbeiteten Multiplexerelements auf den Zwischenspeicher oder das vorangehende Multiplexerelement abbildet. Als weitere Bedingung muss erfüllt sein, dass die Verfügbarkeitsinformation schnell aktualisiert wird. Dies kann dadurch sichergestellt werden, dass eine Multiplexeraktualisierungspfadtabelle mit Einträgen zu den Multiplexerelementen geführt wird, die mit einem gegebenen Zwischenspeicher verbunden sind, so dass sich ein eindeutiger Pfad von diesem Zwischenspeicher zu dem letzten Multiplexerelement in diesem Pfad ergibt (die also die zu aktualisierenden Multiplexerelemente dieses Pfades angibt). Außerdem wird der Verfügbarkeitsstatus zu jedem Multiplexerelement 12 abgespeichert. Bei Änderung des Zwischenspeicherzustandes kann die Information in der Multiplexeraktualisierungspfadtabelle genutzt werden, um parallel die Verfügbarkeitsinformation bei jedem der betroffenen Multiplexerelemente zu aktualisieren.
Durch Programmierung wird die Anordnung und Verbindung der Zwischenspeicher und Multiplexerelemente sowie die Art des Scheduling-Algorithmus und Gewichte bzw. Prioritäten bestimmt. Diese Informationen werden extrahiert und in Tabellen abgelegt, womit eine flexible Rekonfiguration des Systems auf einfache Weise möglich wird; d.h. die Multiplexerelemente und deren Verbindungen brauchen nicht wirklich physikalisch vorhanden zu sein, sondern können in Form von Zeigerinformationen in Zuweisungstabellen abgelegt sein. Um beispielsweise das System zu realisieren, werden die untenstehenden Tabellen verwendet. In der Zwischenspeicher-Parameter-Tabelle werden für jeden Zwischenspeicher die Gewichte oder Prioritäten, die vom Scheduling-Algorithmus verwendet werden, und Statusinformationen wie Verfügbarkeit von Elementen oder Zählerstände gespeichert.
Zwischenspeicher-Parameter-Tabelle
Die gleichen Informationen werden auch für die Multiplexerelemente in der Multiplexerelement-Parameter-Tabelle abgelegt, wobei in diesem Fall auch der Typ des Scheduling-Algorithmus für die einzelnen Multiplexerelemente angegeben wird.
Ein Beispiel zeigt die folgende Multiplexerelement-Parameter-Tabelle.
Multiplexerelement-Parameter-Tabelle
Darüber hinaus werden die Aktualisierungspfade, die zur schnellen Aktualisierung der Verfügbarkeitsinformation in den einzelnen Multiplexerelementen verwendet werden, für jeden einzelnen Zwischenspeicher in einer Multiplexerelement-Aktualisierungspfadtabelle abgelegt.
In dem folgenden Beispiel sind die Einträge folgendermaßen kodiert. Die Positionsnummer der Bits entspricht der Nummer des zugehörigen Multiplexerelements (S1, S2, S3, S4 in dieser Reihenfolge). Eine 1 an einer bestimmten Position gibt an, dass die Verfügbarkeitsinformation des zugehörigen Multiplexerelements aktualisiert werden muss. Beispielsweise muss bei Änderung der Verfügbarkeitsinformation von Zwischenspeicher 3 (Element vorhanden – nicht vorhanden) die Verfügbarkeitsinformation von Multiplexerelement S1, S3 und S4 aktualisiert werden. Die Verfügbarkeitsinformation selbst kann je nach Anforderung in den erwähnten Parameter-Tabellen abgelegt werden oder getrennt in Register für jedes Multiplexerelement selbst, um ein paralleles und dadurch beschleunigtes Aktualisieren der Verfügbarkeitsinformation der einzelnen Multiplexerelemente zu ermöglichen.
Multiplexerelement-Aktualisierungspfadtabelle
Die Verbindungen von Zwischenspeicher zu Multiplexerelementen und Multiplexerelementen zu nächsten Multiplexerelementen werden durch die Multiplexerelement-Eingangszuweisungstabelle festgelegt. Diese Tabelle wird beginnend beim letzten Multiplexerelement verwendet. Ist die Zahl in der letzten Spalte kleiner gleich der Anzahl der verwendeten Zwischenspeicher (im erwähnten Beispiel "6"), so ist der Eingang des entsprechenden Multiplexerelements direkt mit dem angegebenen Zwischenspeicher verbunden. Ist die Zahl dagegen größer (6 + 1, 6 + 2, 6 + 3), dann wird dadurch ein Multiplexerelement (S1, S2, S3) für die entsprechende Verbindung referenziert.
Multiplexerelement-Eingangszuweisungstabelle
Durch die sofortige Aktualisierung der Tabelle bei jedem Vorgang in dem Netzknoten und die Möglichkeit, zu jeder Zeit auf die Tabelle zugreifen zu können, können die Daten gezielt und ohne weitere Abfragen aus dem jeweiligen Zwischenspeicher geholt werden, so dass der Vorgang sehr schnell erfolgen kann (es entfallen alle Abfragen bei Zwischenspeichern bzw. Multiplexerelementen ohne verfügbare Daten). Da die Aktualisierung außerdem parallel zu der eigentlichen Verschickung von Daten erfolgt, wird auch in der Gesamtbilanz keine zusätzliche Zeit benötigt. Die Gesamtzeit des Datenrufs hängt damit nur noch von der Multiplexzeit ab, wie weiter unten erläutert wird.
Durch das Steuerelement 13 wird der Hardware-Aufwand minimiert. Beispielsweise ergeben sich bei einem WRR-Multiplexer-Algorithmus mit Zähler als Vorteile, dass keine zusätzlichen Zähler notwendig werden, nur ein Zähler wird benötigt (und sequentiell betrieben) und Zählerwerte können in einem RAM-Speicher abgelegt werden und müssen nicht in Registerbänken mit hohem Platzbedarf gespeichert werden, da Zähler nicht parallel arbeiten müssen.
Das Suchen und Abrufen von Daten lässt sich allgemein in zwei Phasen unterteilen. In einer ersten Phase wird sichergestellt, dass die Verfügbarkeitsinformation für Elemente aller Multiplexerelemente aktualisiert ist. Für eine schnelle Aktualisierung wird beispielsweise die Multiplexerelement-Aktualisierungspfadtabelle verwendet, die zu jedem Zwischenspeicher die zu aktualisierenden, nachfolgenden Multiplexerelemente angibt. Ändert sich die Verfügbarkeitsinformation (Element vorhanden – nicht vorhanden) für einen bestimmten Zwischenspeicher, so werden die entsprechenden Multiplexerelemente gemäß dem Eintrag in der Multiplexerelement-Aktualisierungspfadtabelle aktualisiert. Es muss nicht ständig die gesamte Verfügbarkeitsinformation für alle Zwischenspeicher aktualisiert werden, sondern immer nur der Aktualisierungspfad für jenen Zwischenspeicher, bei dem es eine Änderung der Verfügbarkeitsinformation gegeben hat (Zwischenspeicher geleert, oder bei leerem Zwischenspeicher ist Element dazugekommen). Wenn außerdem die Verfügbarkeitsinformationen getrennt (z.B. in Register) abgespeichert werden, kann die Aktualisierung sofort bei Änderung der Zwischenspeicher erfolgen und parallel zur zweiten Phase (s.u.). Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Aktualisierungsvorgang nicht die Gesamtberechnungszeit verlängert, sondern diese nur durch die zweite Phase bestimmt wird.
In einer zweiten Phase wird ein hierarchischer Multiplexvorgang durchgeführt. Erfindungsgemäß arbeiten die Multiplexerelemente nicht parallel, sondern die Gesamtkonfiguration der Multiplexerelemente wird sequentiell abgefragt. Dabei werden die folgenden Randbedingungen berücksichtigt: nicht alle Multiplexerelementeingänge müssen abgesucht werden; nur so viele Multiplexerelementverbindungen wie maximal vorhandene Multiplexerelemente und Multiplexerelement-Multiplexerelement-Verbindungen sind im gesamten Multiplexerelement-Aufbau möglich. Dies führt dazu, dass nur eine beschränkte und kleine Anzahl von Eingängen und Wichtungsfaktoren berücksichtigt werden müssen (nur "echte" Verbindungen), während bei paral lel arbeitenden Multiplexerelementen, bei denen jeder Eingang abgefragt werden muss) diese Zahl groß werden kann. Bei dieser relativ kleinen Anzahl von Eingängen ist es möglich, die gesamte Multiplexerelement-Anordnung sequentiell innerhalb einer gegebenen Zeit zu durchsuchen.
Wenn beispielsweise ein WRR-Algorithmus durchgeführt wird, so sind die entsprechende Anzahl an Multiplexerelementeingängen und Zählern einzubeziehen; und zwar sechs für die Verbindungen zwischen Zwischenspeicher und Multiplexerelement und vier für die Verbindungen zwischen den Multiplexern unterschiedlicher Ebenen. Dabei muss berücksichtigt werden, dass 1) nur diejenigen Multiplexerelemente für die Berechnung ausgewählt werden, die mit den Zwischenspeichern oder mit anderen Multiplexerelementausgängen verbunden sind (Multiplexerelementeingänge ohne Verbindung werden übersprungen), 2) der schnelle und unmittelbare Aktualisierungsmechanismus, der oben beschrieben wurde, angewendet wird, und 3) die Pipeline-Struktur, die als Hardware vorhanden ist, in vollem Umfang genutzt wird.
Unter diesen Voraussetzungen kann das Verfahren durchgeführt werden, das in 5 als Flussdiagramm dargestellt ist.
In einem ersten Schritt 14 wird in dem Multiplexerelement der höchsten hierarchischen Stufe nachgesehen, ob überhaupt Daten für das Verschicken an einen anderen Netzknoten vorhanden sind. Wird diese Abfrage verneint, wird das Verfahren augenblicklich gestoppt, was eine Zeitersparnis bedeutet, die im einzelnen weiter unten erläutert wird.
Wird dagegen in Schritt 14 festgestellt, dass Daten vorhanden sind, die verschickt werden können oder müssen, werden anschließend in Schritt 15 für alle verwendeten Eingänge im momentan bearbeiteten Multiplexerelement die verbundenen untergeordneten Multiplexerelemente referenziert und für jedes dieser referenzierten Multiplexerelemente die folgenden Schritte durchgeführt. Die Verfügbarkeitsinformation und das entsprechende Gewicht bzw. Priorität für das referenzierte Multiplexerelement wird abgerufen. Diese Informationen werden im anschließenden Scheduling-Algorithmus verwendet. Ist für jenes untergeordnete Multiplexerelement, das vom momentan bearbeiteten Eingang referenziert wird, kein Element vorhanden (laut Verfügbarkeitsinformation), dann wird gleich zum nächsten Eingang gesprungen und dieser bearbeitet. Der Schedulingvorgang bestimmt jenen Eingang von den zu bearbeitenden Eingängen (verbunden und Element verfügbar), der in der Zeitreihenfolge als nächster an die Reihe kommt abhängig vom Scheduling-Algorithmus. Darüber hinaus werden in diesem Schritt gleichzeitig alle internen Zustandsinformationen (z.B. Zählerstände, ...) für die entsprechenden Eingänge bzw. Multiplexerelemente aktualisiert. Danach wird das zum nächsten zu bedienenden Eingang (der vom Schedulingvorgang bestimmt wurde) zugehörige untergeordnete Multiplexerelement abgerufen.
In Schritt 16 wird geprüft, ob das untergeordnete Element bereits ein Zwischenspeicher 11 ist oder erst ein weiteres Multiplexerelement 12. Im zweiten Fall werden die beiden Schritte 15 und 16 wiederholt. Anderenfalls werden in Schritt 17 Daten aus dem erreichten Zwischenspeicher 11 geholt, und das Verfahren ist damit abgeschlossen.
Bezugnehmend auf das Beispiel in 4 ergibt sich folgender Ablauf. Zuerst wird beim letzten Multiplexerelement S4 die Verfügbarkeitsinformation aus der Multiplexerelement-Parameter-Tabelle (oder aus internen Registern) abgerufen. Da der Eintrag (= 1) anzeigt, dass Elemente verfügbar sind, wird zum nächsten Schritt gegangen. Wie aus der Multiplexerelement-Eingangszuweisungstabelle ersichtlich ist, sind zwei Eingänge des Multiplexerelements S4 belegt. Der erste referenziert direkt den Zwischenspeicher 1 und der zweite das untergeordnete Multiplexerelement S3. Aus der Zwischenspeicher-Parameter-Tabelle (oder internen Register) ergibt sich, dass für Zwischenspeicher 1 kein Element verfügbar ist (Eintrag = 0). Daher wird zum zweiten Eingang gesprungen, wo aus der Multiplexerelement-Parameter-Tabelle ersichtlich ist, dass für das zugehörige Multiplexerelement S3 ein Element zur Verfügung steht. Der beschriebene Vorgang wird nun für Multiplexerelement S3 wiederholt. Es ergibt sich, dass für beide verwendeten Eingänge Elemente verfügbar sind, also beide bearbeitet werden. Der für Multiplexerelement S3 festgelegte Scheduling Algorithmus WRR ist aus der Multiplexerelement-Parameter-Tabelle ersichtlich. Für die dem Multiplexerelement S3 untergeordneten Multiplexerelement S1 und S2 (referenziert in der Multiplexerelement-Eingangszuweisungstabelle) werden der Scheduling-Algorithmus (WRR), die entsprechenden Gewichte (1, 1) und eventuell zusätzliche interne Zustandsinformationen (z.B. Zählerstände) aus der Multiplexerelement-Parameter-Tabelle geholt und für den anschließenden Schedulingvorgang verwendet. In dem Fall nach 4 ergibt sich, dass Eingang 1, also Multiplexerelement S1 an die Reihe kommt. Der Durchlauf wird noch einmal für Multiplexerelement S1 ausgeführt. Es werden die Zwischenspeicher 2 und 3 gemäß der Multiplexerelement-Eingangszuweisungstabelle referenziert. Nach dem Schedulingvorgang ergibt sich, dass Eingang 2, also Zwischenspeicher 3 an die Reihe kommt. Da der Vorgang nun bei einem Zwischenspeicher angekommen ist, wird das Verfahren beendet und das erste Element aus dem durch das Verfahren bestimmten Zwischenspeicher 3 geholt.
Die Verarbeitungszeit T der Durchführung des Verfahrens nach 2 ergibt sich zu
wobei

ps: die zu berücksichtigenden Multiplexerelemente (scheduler) sind,
ci(ps): die verbundenen Multiplexerelementeingänge des momentan abgefragten Multiplexerelements sind;
ps – st0: die zu berücksichtigenden Multiplexerelemente ohne das erste Multiplexerelement sind,
t_si: die Rechenzeit für die Bearbeitung eines Multiplexerelementeingangs ist und
t_ovh: die zusätzliche Zeit ist, die notwendig ist für die Aktualisierung der internen Zustände der Multiplexerelemente und für das Schalten des vorangehenden Multiplexerelements nach Durchführung der Multiplexfunktion.

In 4 ergibt sich für den hervorgehobenen Auswahlpfad die Verarbeitungszeit T zu: T = 2·tsi + 2·tsi + 2·tsi + 2·tovh = 6·tsi + 2·tovh.
Wenn die (nicht gezeigte) Anordnung dagegen so aufgebaut ist, dass immer ein Zwischenspeicher und ein hierarchisch niedrigeres Multiplexerelement mit einem hierarchisch höheren Multiplexerelement verbunden ist, so ergibt sich bei achtundvierzig Elementen eine Verarbeitungszeit zwischen T = 2·tsi,wenn die Zelle aus dem Zwischenspeicher geholt wird, der mit dem ersten Multiplexerelement verbunden ist, und T = 47·2·tsi + 46·tovh,wenn die Zelle aus dem letzten oder vorletzten Zwischenspeicher geholt wird.
Wenn man auf die Bedingung verzichtet, dass die Verarbeitung so schnell wie möglich erfolgen muss, und wenn die Rechnereinheit genügend leistungsfähig ist, so lässt sich die gesamte beschriebene Struktur auch als Software installieren.
Die Grenze für Hardware-Software Partitionierung bei diesem Verfahren kann je nach Anforderung beliebig verschoben werden, da z.B. die erwähnten Tabellen auch in Software realisiert werden können.
Die Erfindung ist nicht auf Telekommunikationsnetze beschränkt, sondern kann allgemein bei Datenübertragungsnetzen angewendet werden.

1: Telekommunikationsnetz
2: physikalischer Kanal
3: Netzknoten
4: Endgerät, Terminal
5: Nachrichtenzelle
6: Kopffeld
7: Nutzdatenfeld
8: Pfadidentifizierungsfeld (virtual path identifier VPI)
9: Kanalidentifizierungsfeld (virtual channel identifier
: VCI)
10: Kontrollfelder
11: Zwischenspeicher (queue)
12: Multiplexerelement (scheduler)
13: Steuerelement
14: 1. Abfrage: sind Daten (auf diesem) Pfad vorhanden?
15: Sprung zu untergeordnetem Multiplexerelement
16: 2. Abfrage: ist Zwischenspeicher erreicht?
17: Laden der Daten

Claims

Verfahren zum Übertragen von Nutzdaten zwischen Netzknoten (3) in einem Telekommunikationsnetz (1) mit mehreren Kanälen (2), einem Eingangs-Controller und einem Ausgangs-Controller, welcher mehrere hierarchisch angeordnete Multiplexerelemente (12) umfasst, die jeweils über einen von mehreren Eingängen von einem hierarchisch untergeordneten Multiplexerelement (12) oder einem Zwischenspeicher (11) eine Nachrichtenzelle abrufen und über einen Ausgang die Nachrichtenzelle (5) an ein hierarchisch übergeordnetes Multiplexerelement (12) oder an einen Kanal (2) ausgeben, wobei die Nutzdaten in mehreren Nachrichtenzellen (5) mit fester Länge innerhalb von Zellverbänden übertragen werden und jede Nachrichtenzelle ein Kopffeld (6) mit einem Identifizierungsfeld (8, 9) zum Identifizieren eines Senders und eines Empfängers in dem Telekommunikationsnetz und ein Nutzdatenfeld (7) mit den Nutzdaten enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Einrichten einer Multiplexerelement-Eingangszuweisungstabelle, welche Verbindungen von Zwischenspeichern (11) zu Multiplexerelementen (12) und zwischen Multiplexerelementen (12) festlegt; – Anlegen einer Multiplexerelement-Aktualisierungspfadtabelle, welche für jeden Zwischenspeicher (11) zu aktualisierende nachfolgende Multiplexerelemente (12) angibt, – Speichern der ankommenden Nutzdaten in einem von mehreren Zwischenspeichern (11) des Netzknotens (3) in Abhängigkeit von dem Identifizierungsfeld (8, 9) durch den Eingangs-Controller; – Abspeichern von Statusinformationen, insbesondere zur Belegung der Zwischenspeicher(11) und/oder Multiplexerelemente (12) mit Nachrichtenzellen (5), in einer Zwischenspeicher-Parameter-Tabelle und/oder einer Multiplexerelement-Parameter-Tabelle; – Ausgeben von Nachrichtenzellen aus einem der mehreren Zwischenspeicher (11) in Abhängigkeit von dem Identifizierungsfeld (8, 9) durch den Ausgangs-Controller, wenn ein Zellver band mit mehreren Nachrichtenzellen von dem Netzknoten versendet wird; und – Auswählen des jeweils einen der mehreren Eingänge jedes der Multiplexerelemente (12) durch ein Steuerelement (13) in Abhängigkeit von der Multiplexerelement-Aktualisierungspfadtabelle derart, dass ein Multiplexerelement-Aktualisierungspfad für die Ausgabe von Daten aus den mehreren Zwischenspeichern (11) festgelegt wird, wobei die entsprechenden Multiplexerelemente (12) in dem jeweiligen Multiplexerelement-Aktualisierungspfad für diejenigen Zwischenspeicher (11) aktualisiert werden, bei denen eine Änderung der Statusinformation erfolgt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Belegung der Zwischenspeicher (11) ein jeweiliger Wichtungsfaktor zu jedem Zwischenspeicher (11) und/oder zu jedem untergeordneten Multiplexerelement (12) in der Zwischenspeicher-Parameter-Tabelle und/oder der Multiplexerelement-Parameter-Tabelle abgespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Multiplexerelement-Parameter-Tabelle jeweils der Typ eines Scheduling-Algorithmus für jedes Multiplexerelement (12) abgespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplexerelement-Parameter-Tabelle und/oder die Zwischenspeicher-Parameter-Tabelle automatisch aktualisiert wird, wenn sich die Belegung eines der Zwischenspeicher (11) ändert.
Telekommunikationsnetz mit mehreren Kanälen (2) zum Übertragen von Nutzdaten zwischen Netzknoten (3), wobei die Nutzdaten in mehreren Nachrichtenzellen (5) mit fester Länge in nerhalb von Zellverbänden übertragen werden und jede Nachrichtenzelle ein Kopffeld (6) mit einem Identifizierungsfeld (8, 9) zum Identifizieren eines Senders und eines Empfängers in dem Telekommunikationsnetz und ein Nutzdatenfeld (7) mit den Nutzdaten enthält, und wobei der Netzknoten (3) umfasst: – wenigstens einen Zwischenspeicher (11) und einen Eingangs-Controller zum Speichern der ankommenden Nutzdaten in Abhängigkeit von dem Identifizierungsfeld (8, 9); – einen Ausgangs-Controller zum Ausgeben von Nachrichtenzellen aus einem der mehreren Zwischenspeicher (11) in Abhängigkeit von dem Identifizierungsfeld (8, 9), wenn ein Zellverband mit mehreren Nachrichtenzellen von dem Netzknoten versendet wird, wobei der Ausgangs-Controller mehrere hierarchisch angeordnete Multiplexerelemente (12) umfasst, die jeweils über einen von einer vorgegebenen Anzahl von Eingängen von einem hierarchisch untergeordneten Multiplexerelement (12) und/oder einem Zwischenspeicher (11) eine Nachrichtenzelle abrufen und über einen Ausgang die Nachrichtenzelle an ein hierarchisch übergeordnetes Multiplexerelement (12) oder an einen Kanal (2) ausgeben; – eine programmierbare Multiplexerelement-Eingangszuweisungstabelle, welche Verbindungen von Zwischenspeichern (11) zu Multiplexerelementen (12) und zwischen Multiplexerelementen (12) festlegt, – eine programmierbare Multiplexerelement-Aktualisierungspfadtabelle, welche für jeden Zwischenspeicher (11) zu aktualisierende nachfolgende Multiplexerelemente (12) angibt, – eine Zwischenspeicher-Parameter-Tabelle zum Speichern von Statusinformationen, insbesondere zur Belegung der Zwischenspeicher (11) mit Nachrichtenzellen (5), – eine Multiplexerelement-Parameter-Tabelle zum Speichern von Statusinformationen, insbesondere zur Belegung der Multiplexerelemente (12) mit Nachrichtenzellen (5), – ein Steuerelement (13), welches jeweils einen der mehreren Eingänge jedes der Multiplexerelemente (12) in Abhängigkeit von der Multiplexerelement-Aktualisierungspfadtabelle derart auswählt, dass ein Multiplexerelement-Aktualisierungspfad für die Ausgabe von Daten aus den mehreren Zwischenspeichern (11) auswählt, wobei eine Aktualisierung der entsprechenden Multiplexerelemente (12) in dem jeweiligen Multiplexerelement-Aktualisierungspfad für die Zwischenspeicher (11) erfolgt, bei denen eine Änderung der Statusinformationen erfolgt ist.
Telekommunikationsnetz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Belegung der Zwischenspeicher (11) ein jeweiliger Wichtungsfaktor zu jedem Zwischenspeicher (11) oder zu jedem untergeordneten Multiplexerelement (12) in der Zwischenspeicher-Parameter-Tabelle und/oder der Multiplexerelemente-Parameter-Tabelle abgespeichert ist.
Telekommunikationsnetz nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Multiplexerelement-Parameter-Tabelle jeweils der Typ eines Scheduling-Algorithmus für jedes Multiplexerelement (12) abgespeichert ist.
Telekommunikationsnetz nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Statusinformationen für jedes Multiplexerelement (12) in Registern abgelegt sind.
Telekommunikationsnetz nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Telekommunikationsnetz ein Zeitmultiplex-Telekommunikationsnetz ist.
Telekommunikationsnetz nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Belegungsspeicher automatisch aktualisiert wird, wenn eine Nachrichtenzelle empfangen oder ausgegeben wird.