DE19728690C2 - Verfahren und Baustein zur Verarbeitung von ATM-Zellen in bidirektionalen Datenströmen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung von ATM-Zellen in bidirektionalen, Stromauf- und Stromab-Da­ tenströmen in Nachrichten verarbeitenden Bausteinen, bei wel­ chen die Verarbeitungsgeschwindigkeit höher als die mittlere Zellenrate ist und Leerzyklen ohne ATM-Zellen im Zellenstrom auftreten.

Weiters bezieht sich die Erfindung auf einen Baustein zur Verarbeitung von ATM-Zellen in bidirektionalen, Stromauf- und Stromab-Datenströmen, z. B. OAM-Baustein, mit Ein- und Ausgän­ gen und Schnittstellen für den Stromauf- und den Stromab-Da­ tenstrom, mit einer Stromauf-Zellverarbeitungseinheit und mit einer Stromab-Zellverarbeitungseinheit sowie mit einer Verar­ beitungslogik.

ATM, die Kurzform für "Asynchronous Transfer Mode" ist eine Netzwerktechnologie, die zum Transport aller bekannten Sig­ naldaten, wie reine Daten, Sprach- und Videodaten etc. geeig­ net ist, wobei die Bezeichnung ATM gelegentlich als Synonym für B-ISDN (= Broadband Integrated Services Digital Network) verwendet wird. Charakteristisch für ATM ist die Strukturier­ ung in Zellen gleicher Länge. Die zu vermittelnde Information wird auf ATM-Zellen aufgeteilt, nämlich in Pakete zu 53 Byte, die einen Zellenkopf mit 5 Byte und Nutzinformation zu 48 Byte tragen. Dabei identifiziert die Kopfinformation eine be­ stimmte virtuelle Verbindung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Zeitmultiplexverfahren, bei welchen Zeitschlitze verschiede­ nen Typen von Datenverkehr im vorhinein zeitlich fest zuge­ ordnet sind, wird der bei einer ATM-Schnittstelle ankommende Datenverkehr in die erwähnten 53-Byte-Zellen segmentiert und diese Zellen werden sequentiell, so wie sie erzeugt wurden, weitergesandt. Nähere Einzelheiten zu ATM sind der Literatur entnehmbar. Beispielsweise sei hier genannt: "ATM-Networks, Concepts, Protocols and Applications", von Händel, Huber und Schröder, Verlag Addison-Wesley-Publishing Company, 2. Aufl., 1994 (ISBN 0-201-42274-3).

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 12 394 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch Generieren von Leerzyklen im ATM-Zellenstrom (Blindzellen) die Hardware besser genutzt werden kann und bei bidirektionaler Übertragung durch das Einfügen von Leerzyklen (Blindzellen) Eingangs- und Ausgangs­ signale unabhängig voneinander übertragen werden können. Wie allerdings bei der dort offenbarten Hardware Gatterflächen eingespart werden können, ist dieser Druckschrift nicht ent­ nehmbar.

Zur Verarbeitung von ATM-Zellen werden hochintegrierte Schal­ tungen in ASIC-Bausteinen verwendet. Ein Beispiel sind OAM- Bausteine, welche zur Verwaltung und Bearbeitung der OAM- Flüsse (OAM = Operation Administration and Maintainance) ein­ gesetzt werden. OAM-Bausteine oder andere Zellbearbeitungs­ bausteine werden beispielsweise zwischen Netzanpassungsein­ heiten und einem Koppelnetzbaustein oder anderen Bausteinen eingesetzt. Dazu wird auf Fig. 1 verwiesen, in welcher eine mögliche Architektur dargestellt ist. Links und rechts im Bild sind Physikalische Schicht-Bausteine PHY ersichtlich, die den Übergang von einem Transportnetz, z. B. STM1 auf ATM ermöglichen. Die punktierten Linien links und rechts symboli­ sieren die Grenzen zwischen der physikalischen Schicht Phy.L. und der ATM-Schicht ATM-L. Symmetrisch zu einem Koppelnetz­ baustein SWI sind ATM-Bausteine BST vorgesehen, die zwischen dem Koppelnetzbaustein SWI und den Physikalische Schicht-Bau­ steinen PHY liegen. Je nach Erfordernissen und Gegebenheiten können ein oder mehrere ATM-Bausteine BST vorhanden sein. Um dies anzudeuten, ist je ein ATM-Baustein strichliert gezeich­ net.

Wie dem Blockschaltbild nach Fig. 1, welches sowohl für den Stand der Technik als auch für die Erfindung relevant ist, entnehmbar, werden bidirektionale Datenströme verarbeitet, die mit AUF für stromauf und AB für stromab bezeichnet wer­ den. Die ursprünglich englischen Bezeichnungen upstream und downstream weisen bei Koppelnetzen auf die Richtung zum Kop­ pelnetz "hinauf" bzw. von dem Koppelnetz "herab" hin. Im Prinzip sind die Bezeichnungen der beiden Datenströme mit AUF und AB jedoch willkürlich und gegeneinander vertauschbar.

Man kann für die Verarbeitung der Zellen der beiden Daten­ ströme getrennte ATM-Bausteine verwenden, oder - wie in Fig. 1 dargestellt - beide Datenströme in einem ATM-Baustein verar­ beiten. Dies ist der hier relevante Fall. Dabei ist nach dem Stand der Technik die für die Zellverarbeitung erforderliche Gatterlogik zweifach implementiert, um eben jeden der beiden Datenströme verarbeiten zu können.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, bei Verwendung von ATM-Bausteinen für bidirektionale Datenströme eine Ein­ sparung an Hardware, nämlich an Gatterfläche der Bausteine zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verarbeitungslo­ gik des Bausteins zum Zwecke eines wechselseitigen Verarbeit­ ens von Stromauf- oder Stromab-Zellen Stromauf- und Stromab- Anforderungen um Leerzyklen stellt, um Bearbeitungszeit be­ reitgestellt zu erhalten, die Zellen des Stromab-Datenstroms getrennt aufstaubar und freisetzbar und auf diese Weise Stromab-Leerzyklen erzeugbar sind, wobei bei einer Stromauf- Leerzyklenforderung im Falle eines aufgetretenen Leerzyklus dieser Anforderung mit Priorität gegenüber einer gleichzeit­ igen Stromab-Anforderung stattgegeben wird, und bei einer Stromab-Leerzyklusanforderung ein Leerzyklus um eine Zyklus­ länge verzögert freigesetzt wird, falls gleichzeitig eine Stromauf-Aufforderung vorliegt, sonst jedoch unmittelbar freigesetzt wird.

Ebenso wird die Aufgabe mit einem Baustein der zu Beginn zi­ tierten Art gelöst, bei welchem gemäß der Erfindung eine Leerzyklussteuerung vorgesehen ist, die Verarbeitungslogik dazu eingerichtet ist, zum Zwecke eines wechselseitigen Ver­ arbeitens von Stromauf- oder Stromab-Zellen Anforderungen um Leerzyklen an die Leerzyklussteuerung zu senden, die Stromab- Eingangsschnittstelle dazu eingerichtet ist, die Zellen des Datenstroms gesteuert aufzustauen und freizusetzen, und auf diese Weise Stromab-Leerzyklen zu erzeugen, und die Leerzyk­ lussteuerung, welcher seitens der Eingangsschnittstelle des Stromauf-Datenstroms Information über auftretende Stromauf- Leerzyklen zugeführt ist, dazu eingerichtet ist, bei einer Stromauf-Leerzyklusanforderung im Falle eines aufgetretenen Leerzyklus dieser Anforderung mit Priorität gegenüber einer gleichzeitigen Stromab-Anforderung stattzugeben, bei einer Stromab-Leerzyklusanforderung einen Befehl zum um eine Zyk­ luslänge verzögerten Freisetzen an die Stromab-Eingangs­ schnittstelle zu senden, falls gleichzeitig eine Stromauf- Leerzyklusanforderung vorliegt, sonst jedoch einen Befehl zum unmittelbaren Freisetzen.

Die Erfindung nutzt den Umstand, daß in ATM-Systemen Leerzel­ len statistischen Ursprungs auftreten. Bei Einbeziehung eines Koppelnetzes ist dies im Zellenstrom AUF der Fall, und zwar auf Grund einer Bitratenüberhöhung, da ATM-Zellen in einem ATM-Baustein schneller verarbeitet werden, als ATM-Zellen nachkommen. Es liegt somit eine von der Eingangsbitrate und der Verarbeitungsgeschwindigkeit im Baustein abhängige Wahr­ scheinlichkeit vor, daß sich in einem Eingangspuffer für einen der beiden Zellströme keine ATM-Zelle befindet. In dem anderen Zellenstrom, im folgenden beispielsweise immer dem "downstream" Zellenstrom AB werden Leerzellen durch das von dem Baustein bestimmte Zurückstauen der ATM-Zellen aktiv erzeugt, indem in den Eingangspuffer stromab keine ATM-Zelle gelassen wird, sodaß eine Zellücke, d. h. eine Leerzelle entsteht. Dadurch und durch das Koordinieren der Leerzellen stromauf bzw. stromab können viele Funktionen von einer ein­ zigen Logik wechselweise im Zellenstrom stromauf bzw. stromab bearbeitet werden, sodaß diese Logikteile in einem Baustein nur einmal implementiert werden müssen und Gatterfläche ein­ gespart wird.

Es ist zweckmäßig, wenn ausgewählte Funktionen, wie z. B. "internal RAM-update", während Leerzyklen wechselseitig bear­ beitet werden. Dabei wird unter einem "internal RAM-update"' das Aktualisieren verbindungsbezogener Daten verstanden, die in dem betreffenden RAM Speicher abgelegt sind.

Es kann, insbesondere falls ein Zugriff auf externe Puffer schwierig ist, zweckmäßig sein, falls vor der Stromab-Verar­ beitungseinheit ein Staupuffer für den Stromab-Datenstrom vorgesehen ist, der über die Leerzyklussteuerung von der Ver­ arbeitungslogik steuerbar ist.

Die Erfindung samt weiterer Vorteile ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer allgemeinen ATM-Struktur mit einem Koppelnetzbaustein, wie bereits oben erläutert,

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines Bausteins nach der Erfindung und

Fig. 3 ein Beispiel eines Ablaufdiagrammes zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Auf Fig. 1 wurde bereits eingangs in Zusammenhang mit einer beispielsweisen ATM-Struktur verwiesen. Fig. 2 stellt nun einen der in Fig. 1 gezeigten ATM-Bausteine BST dar. Der Bau­ stein ist zur Verarbeitung bidirektionaler Datenströme, näm­ lich eines Datenstroms AUF und eines Datenstroms AB einge­ richtet, wobei die Eingangs- bzw. Ausgangsschnittstelle für den Datenstrom AUF mit SUI bzw. SUO und die Eingangs- bzw. Ausgangsschnittstelle für den Datenstrom AB mit SDI bzw. SDO bezeichnet ist. Der Eingangsschnittstelle SDI des "down­ stream"-Datenstroms AB ist bei dieser Ausführungsform ein steuerbarer interner Puffer BUF zugeordnet, doch ist zu be­ merken, daß solche Puffer, welche Zellen aufstauen können, meist außerhalb des Bausteins zur Verfügung stehen.

Der Baustein BST besitzt weiters eine Stromauf-Zellverarbei­ tungseinheit ZVU sowie eine Stromab-Zellverarbeitungseinheit ZVD. Eine solche Zellverarbeitungseinheit hat eine Puffer­ funktion, im übertragenen Sinn bildet sie eine "Werkbank", auf der die festgehaltene Zelle ver-/bearbeitet werden kann. Diese Verarbeitungseinheiten ZVU, ZVD dienen für die Zell­ verarbeitung hinsichtlich aller Aufgaben, die gleichzeitig und getaktet durchzuführen sind.

In dem Baustein BST ist auch eine Verarbeitungslogik VAL für jene Aufgaben der Zellverarbeitung enthalten, die nicht zeit­ lich an die simultane Zellverarbeitung gebunden sind. Die Zellverarbeitung wird ganz allgemein durch ein Zellverarbeit­ ungs-Startsignal ausgelöst, welches im Prinzip dem Signal "Leeryklus aufgetreten", d. h. "keine Zelle aufgetreten", entspricht und stromauf von der Schnittstelle SUI kommt. Die Verarbeitungslogik VAL steht mit einer Leerzyklussteuerung LZS in Verbindung, welche ihrerseits Signale über das Vor­ handensein von Leerzellen im Stromauf-Zellenstrom AUF von der Stromauf-Eingangsschnittstelle SUI erhält und anderer­ seits Steuersignale an die Stromab-Zellverarbeitungseinheit ZVD sowie an den internen Staupuffer BUF bzw. an einen ex­ ternen Puffer geben kann. Dies wird weiter unten noch näher erläutert.

Im folgenden wird vorausgesetzt, daß die Verarbeitung der Zellen nach der Schnittstelle SUI des Stromauf-Zellenstroms AUF rascher erfolgt, als Zellen nachkommen. Diese Voraus­ setzung ist einerseits für das Funktionieren einer Zellverar­ beitung unabdingbar, denn im gegenteiligen Fall würde es zu einem Zellenstau mit Speicherüberlauf und Zellverlust kommen, und andererseits hat sie das Auftreten von Zellücken oder Leerzyklen, mit einer je der Zellenlänge entsprechenden Länge zur Folge.

Die im Zellenstrom AUF statistisch auftretenden Leerzyklen werden nicht beeinflußt, sondern so wie sie auftreten hinge­ nommen bzw. verwendet, es wird ihnen sozusagen Priorität eingeräumt. Im Gegensatz dazu werden Leerzyklen im Stromab- Zellenstrom AB durch den Baustein aktiviert. Dies erfolgt durch das von dem Baustein bestimmte Zurückstauen der ATM- Zellen. Wenn der Puffer BUF - oder alternativ die Eingangs­ schnittstelle SDI des Stromab-Zellenstroms AB - einen Befehl erhält, den Zellenstrom für eine Zellänge zu sperren, tritt als Folge eine Leerzelle auf.

Die Logik VAL ist nun dazu eingerichtet, entsprechend der an­ stehenden Bearbeitungsaufgaben Leerzyklusanforderungen strom­ auf bzw. stromab an die Leerzyklusanforderung LZS zu stellen, was in Fig. 2 mit den Pfeilen "EC up Req" bzw. "EC down Req" angedeutet ist. Das Auftreten von Leerzyklen im Stromauf-Zel­ lenstrom AUF wird dabei von der Eingangsschnittstelle SUI mittels eines Signals "EC up" an die Leerzyklussteuerung LZS gemeldet. Der Befehl zur Leerzykluserzeugung stromab, in Fig. 2 mit "EC down" bezeichnet, geht von der Leerzyklussteu­ erung LZS an den Staupuffer BUF. Entsprechende Meldungen gehen natürlich auch an die beiden Zellverarbeitungseinheiten ZVU und ZVD. Die Leerzellensteuerung LZS sendet Bestätigungs­ signale "EC up Ack" und "EC down Ack" an die Verarbeitungslo­ gik VAL, die der wechselseitigen Zellverarbeitung stromauf und stromab dient. Der Baustein ist prinzipiell auch zusätz­ lich für eine simultane Bearbeitung der Zellen stromauf und stromab hinsichtlich von Funktionen eingerichtet, die eine solche Bearbeitung erfordern, oder er könnte einen sog "cross channel" enthalten, um Zellen aus einem Datenstrom in den an­ deren umzuleiten, doch sind hierzu Einzelheiten nicht erfor­ derlich, da sie die Erfindung nicht betreffen. Hier ist maß­ geblich, daß in den Leerzyklen Aufgaben durchgeführt werden, die nicht zeitlich an die simultane und getaktete Zellverar­ beitung gebunden sind.

Wie bereits erwähnt, wird einer Leerzyklusanforderung strom­ auf stattgegeben, sofern statistisch ein Leerzyklus stromauf aufgetreten ist. Eine Ausnahme liegt vor, wenn eine bereits anstehende Leerzyklusanforderung stromab auf Grund der Leer­ zyklusanforderung stromauf, die eine höhere Priorität be­ sitzt, verzögert wurde. Die Leerzellenanforderung stromab wird maximal um die Länge einer Leerzelle verzögert, d. h. der Leerzyklus stromab wird spätestens eine solche Zellänge nach der Anforderung aktiv erzeugt. Ein allenfalls wieder vorlieg­ ender Leerzyklus stromauf würde in diesem besonderen Fall "verschenkt".

Diese Vorgangsweise ist notwendig, da sonst bei einer hohen Anzahl von stromauf auftretenden Leerzyklen, z. B. bei einer geringen Zellrate am Eingang stromauf die Leerzellenanforder­ ungen stromab unnötig lange verzögert würden und im Extrem­ fall, wenn nämlich die Zellenrate am Eingang stromauf Null wäre, gar nicht ausgeführt würden.

Falls kein Konflikt zwischen Leerzyklusanforderungen stromauf und stromab vorliegt, wird der Leerzellenanforderung stromauf stattgegeben, sobald ein statistischer Leerzyklus stromauf auftritt. Der Leerzellenanforderung stromab wird direkt statt­ gegeben, da der Leerzyklus stromab im Baustein selbst akti­ viert werden kann.

Das oben an Hand der Darstellung des Bausteins BST beschrie­ bene Verfahren wird noch durch das Flußdiagramm der Fig. 3 er­ läutert. In diesem Flußdiagramm werden die oben beschriebenen Fälle logisch sichtbar, beispielsweise auch die Verzögerung eines Leerzyklus stromab, im Flußdiagramm mit "EC down delay" bezeichnet. Für "Leerzyklus" wird in dem Flußdiagramm durch­ wegs die Bezeichnung EC (empty cycle) verwendet, die Abkürz­ ung Reg steht für "Anforderung" und "down" und "up" wird in Hinblick auf die fast ausschließlich englischsprachige Liter­ atur hier für "ab" und "auf" verwendet. Im übrigen spricht das Flußdiagramm für sich selbst, sodaß keine weitere Er­ klärung erforderlich ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verarbeitung von ATM-Zellen in bidirektiona­ len Stromauf- und Stromab-Datenströmen in Nachrichten ver­ arbeitenden Bausteinen, bei welchen die Verarbeitungsge­ schwindigkeit höher als die mittlere Zellenrate ist und Leerzyklen ohne ATM-Zellen im Zellenstrom auftreten,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verarbeitungslogik des Bausteins zum Zwecke eines wechselseitigen Verarbeitens von Stromauf- oder Stromab- Zellen Stromauf- und Stromab-Anforderungen um Leerzyklen stellt, um Bearbeitungszeit bereitgestellt zu erhalten,
die Zellen des Stromab-Datenstroms getrennt aufstaubar und freisetzbar und auf diese Weise Stromab-Leerzyklen erzeug­ bar sind,
wobei bei einer Stromauf-Leerzyklenforderung im Falle eines aufgetretenen Leerzyklus dieser Anforderung mit Priorität gegenüber einer gleichzeitigen Stromab-Anforderung statt­ gegeben wird,
und bei einer Stromab-Leerzyklusanforderung ein Leerzyklus um eine Zykluslänge verzögert freigesetzt wird, falls gleichzeitig eine Stromauf-Aufforderung vorliegt, sonst jedoch unmittelbar freigesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus­ gewählte Funktionen, wie das Aktualisieren verbindungsbezo­ gener Daten, während Leerzyklen wechselseitig bearbeitet werden.

3. Baustein zur Verarbeitung von ATM-Zellen in bidirektionalen Stromauf- und Stromab-Datenströmen (AUF, AB) mit Ein- und Ausgängen und Schnittstellen (SUI, SUO, SDI, SDO) für den Stromauf- und den Stromab-Datenstrom,
mit einer Stromauf-Zellverarbeitungseinheit (ZVU)
und mit einer Stromab-Zellverarbeitungseinheit (ZVD) sowie
mit einer Verarbeitungslogik (VAL),
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Leerzyklussteuerung (LZS) vorgesehen ist,
die Verarbeitungslogik (VAL) dazu eingerichtet ist, zum Zwecke eines wechselseitigen Verarbeitens von Stromauf- oder Stromab-Zellen Anforderungen (EC up req, EC down req) um Leerzyklen an die Leerzyklussteuerung zu senden,
die Stromab-Eingangsschnittstelle (SDI) dazu eingerichtet ist, die Zellen des Stromab-Datenstroms (AB) gesteuert aufzustauen und freizusetzen, und auf diese Weise Stromab- Leerzyklen zu erzeugen,
und die Leerzyklussteuerung, welcher seitens der Stromauf- Eingangsschnittstelle (SUI) des Stromauf-Datenstroms (AUF) Information über auftretende Stromauf-Leerzyklen zugeführt ist, dazu eingerichtet ist,
bei einer Stromauf-Leerzyklusanforderung (EC up Reg) im Falle eines aufgetretenen Leerzyklus dieser Anforderung mit Priorität gegenüber einer gleichzeitigen Stromab- Anforderung (EC down req) stattzugeben,
bei einer Stromab-Leerzyklusanforderung einen Befehl (EC down delay) zum um eine Zykluslänge verzögerten Freisetzen an die Stromab-Eingangsschnittstelle (SDI) zu senden, falls gleichzeitig eine Stromauf-Leerzyklusanforderung vorliegt, sonst jedoch einen Befehl (EC down) zum unmittelbaren Freisetzen.

4. Baustein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Stromab-Verarbeitungseinheit (ZVD) ein Staupuffer (BUF) für den Stromab-Datenstrom (AB) vorgesehen ist, der über die Leerzyklussteuerung (LZS) von der Verarbeitungs­ logik (VAL) steuerbar ist.

5. Baustein nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß er ein OAM-Baustein ist.