DE19757964A1 - Verfahren zum Organisieren der Übertragung von Datenzellen in einem ATM-Netz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Organisieren der Übertragung von Datenzellen in einem asynchronen Transfermodus-(ATM) Netz.

Die Nachrichtenübertragungs-Industrie expandiert stark in Netzwerktechnologien für die Breitbandübertragung von Sprache, Video und Daten. Zwei derartige Technologien sind das SONET, das ein schnelles synchrones Trägersystem ist, basierend auf der Verwendung von Glasfaser­ technik, und das ATM, das ein schnelles, geringverzögertes Multiplex- und Schaltnetz ist. Das SONET ist schnell, hat eine hohe Kapazität und ist geeignet für große öffentliche Netze, während das ATM geeignet ist für ein Breitband-, Dienste-integrierendes, digitales Netz (BISDN) zur Bereitstellung von Konvergenz-, Multiplex- und Schaltoperationen. Als nachteilig hat sich jedoch erwiesen, daß es in dem Netz immer wieder zu Verlusten kommt und eine unerwünschte Stoßübertragung (burstiness) der Daten auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Organisieren der Übertragung von Datenzellen in einem ATM-Netz zu schaffen, das einen möglichst glatten Datenzellenstrom erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Organisieren der Zellenübertragung in einem ATM-Netz, wobei die Zellen Bandbreiten bilden (Transferrate an Zellen x Bytes pro Zelle) in übertragener Zel­ lenzahl pro Sekunde. Auch die verfügbare Bandbreite wird gerecht zwi­ schen Mehrfachverbindungen verteilt, so daß jede Verbindung zumindest einen fairen Bandbreitenumfang erhält, ohne daß eine übertragbare Band­ breite überschritten wird.

Mit einem Sendescheduler werden Verbindungen aufgezeichnet, um in einem ATM-Netz Zeitspalten in der Weise zu organisieren, daß die Stoßübertragung (burstiness) in einem Ausgangszellenstrom minimiert wird. Die daraus resultierende Glätte in den sich ergebenden Zellenströ­ men verringert die Verlustwahrscheinlichkeit in dem Netz und stellt fer­ ner sicher, daß eine Verbindung eine vorab festgelegte Bandbreite nicht überschreitet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewendet werden bei Diensten mit konstantem Bitgeschwindigkeits(CBR)-, variablen Bitge­ schwindigkeits(VBR)- und verfügbarem Bitgeschwindigkeits(ABR)-Verkehr.

Bandbreitenfaktoren werden gebildet für zu übertragende Zellen als ein Prozentsatz der gesamten Bandbreite des ATM-Netzes. Listen für die zu übertragenden Zellen werden geführt, wobei jede Liste einem Band­ breitenfaktor zugeordnet ist. Die gesamte Bandbreite in dem ATM-Netz ist unterteilt in Zeitkanäle entsprechend der gebildeten Bandbreitenfakto­ ren, und verschiedene Bandbreiten sind in Mehrkanalanordnung geschaltet (multiplexed) entlang der gesamten Bandbreite. Gemäß der verfügbaren Zeitkanäle und deren Bandbreitenfaktoren werden zu übertragende Zellen von der Zellenliste ausgewählt.

Ein verfügbarer Zeitkanal wird Zellen mit der größten Band­ breite innerhalb der Bandbreite des Zellenkanals zugeordnet. Eine Mehr­ zahl Zellen kann einem verfügbaren Zeitkanal zugeordnet werden, wenn die Summe der Bandbreiten der Mehrzahl Zellen innerhalb der Bandbreite des Zeitkanals liegt.

Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird ein aktiver Satz an Listen geführt für die Zuordnung von Zeitkanälen, und ein aktua­ lisierter Satz an Listen wird verwendet für ein Austauschen übertragener Zellen durch neue Zellen, die auf eine Übertragung warten. Der aktive Satz an Listen und der aktualisierte Satz an Listen werden periodisch gewechselt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der beigefügten Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer ATM-Netz-In­ terface-Karte (NIC) mit einem Sendescheduler gemäß der Erfindung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Sendescheduler eine Kompo­ nente einer ATM-Netz-Interface-Karte (NIC). Durch die NIC gehen zwei Da­ tenflußwege. Auf dem ersten werden durch Glasfasern 12 ATM-Zellen-tra­ gende SONET-Rahmen von dem Netz übertragen zu einem Host 10. Ein opti­ scher Sender/Empfänger 14 wandelt das optische Signal in ein elektri­ sches Signal und überträgt dieses an den SONET-Empfänger 16. Die SONET- Empfängerfunktion synchronisiert zu den SONET-Rahmen in dem elektrischen Signal, extrahiert die transportierten Daten und überträgt die extra­ hierten Daten als ein Strom an eine ATM-Empfängerfunktion 18. Die ATM- Empfängerfunktion erkennt Zellen in dem extrahierten Datenstrom, setzt die Daten zu Datenpaketen zusammen und überträgt dann über einen Hostbus 20 die Pakete an den Host 10.

Der zweite Weg des Datenflusses durch die NIC verläuft von dem Host 10 zu dem Netz. Ein Sendescheduler 22 zeigt hier einer ATM-Sender­ funktion 24 an, wann eine Zelle von dem Host 10 an das Netz zu übertra­ gen ist. Der Sendescheduler 22 zeigt der ATM-Senderfunktion 24 an, von welcher Verbindung die nächsten Zellennutzlastdaten kommen werden, über einen Verbindungsidentifikator. Der ATM-Sender liest eine Zellennutzlast an Daten, 48 Bytes, für die angezeigte Verbindung vom Host 10 (über den Hostbus 20) und überträgt diese Daten an einen SONET-Sender 26. Der SONET-Sender 26 nimmt die ihm präsentierten Zellen auf, plaziert diese Zellen in die SONET-Rahmen und überträgt dann die Rahmen an den opti­ schen Sender/Empfänger 14. Der optische Sender/Empfänger 14 überträgt dann das SONET-Signal, das die ATM-Zellen enthält, durch die Glasfasern 12 in das ATM-Netz.

Der Sendescheduler 22 ist notwendig, da es mehrere Verbindun­ gen von dem Host in das Netz gibt, wobei jede derselben unterschiedliche Bandbreitenzuordnungen besitzen kann. Weiterhin ist es erforderlich, daß die Daten jeder Verbindung mit so einheitlichem Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Zellen wie möglich und von so vielen Verbindungen wie möglich übertragen werden, um Datenverluste aufgrund übermäßiger Stoßübertragung (burstiness) in den übertragenen Daten vorzubeugen. Mit dem Sendescheduler 22 ist es möglich, Anfragen für Zellenübertragungen für Mehrfachverbindungen zu produzieren, die über die SONET-Verbindung in das Netz abgegeben werden.

Der Sendescheduler 22 zeichnet Verbindungen auf zu festgeleg­ ten Zeitkanälen in dem ATM-Netz in der Weise, daß die Stoßübertragung (burstiness) in dem Zellenausgangsstrom minimiert ist. Der Sendeschedu­ ler 22 kann gesteuert werden durch externe Software, um die Dienste des verfügbaren Bitgeschwindigkeitsverkehrs (ABR) einem vermehrt auftreten­ den Standard in dem ATM-Forum, als auch die derzeit definierten konstan­ ten Bitgeschwindigkeits(CBR)- und variablen Bitgeschwindigkeits(VBR)- Dienste zu erlauben.

Insbesondere erzeugt der Sendescheduler 22 einen Zeitplan für Übertragungsdatenzellen, gekennzeichnet durch Verbindungsidentifikato­ ren, und zeigt der Sende-DMA-Logik die Verbindungsidentifikatoren (con­ nection identifiers = CONNIDs) der ausgehenden Zellen an, die den tat­ sachlichen Datentransfer ausführt.

Eine Sendescheduler-Logik hält im lokalen, auf der Platte be­ findlichen RAM (ein 32K × 16 SRAM (statischer RAM) bestimmter TSRAM (thermisch angeregter RAM)) zwei Zeitpläne aufrecht - einen Aktualisie­ rungszeitplan und einen aktiven Zeitplan. Jeder Zeitplan besteht aus 1024 Eingängen, und jeder Eingang ist entweder ein Verbindungsidentifi­ kator oder ein Null-Identifikator. Ein Verbindungsindikator zeigt an, daß eine einzelne Zelle von 48 Datenbytes dieser bestimmten Verbindung durch die Sende-DMA-Logik von dem Host-Speicher auszulesen ist. Ein Null-Identifikator zeigt an, daß keine Übertragung vorgesehen ist zu diesem Zeitpunkt.

Der Aktualisierungszeitplan wird verwendet für Zeitplanände­ rungen, während der aktive Zeitplan der Zeitplan ist, der verwendet wird, um die Sende-DMA-Logik mit Verbindungsidentifikatoren zu versor­ gen. Auf diese Weise kann die Sendescheduler-Logik den Aktivierungssche­ duler ändern, ohne die ausgeglichene Verbindungsidentifikator-Verteilung des aktiven Zeitplans zu beeinflussen. Wird das Ende des aktiven Zeit­ plans erreicht, sind die zwei Zeitpläne befähigt, ausgetauscht zu wer­ den, falls der Aktivierungszeitplan nicht gerade eine Zeitplananfrage ausführt.

Aktive Zeitplankanäle werden sequentiell abgefragt auf Anfrage der Sende-DMA-Logik (gegenwärtig jede Zellenperiode oder 682/2728 ns bei 622/155 MBits pro Sekunde, vorausgesetzt eine 53-Byte-Zelle). Die Inhal­ te der aktiven Zeitplankanäle werden an die Sende-DMA-Logik weitergege­ ben.

Sind die ausgelesenen aktiven Zeitplankanaldaten ein Null- Identifikator, werden diese von der Sende-DMA-Logik nicht beachtet. Sind die ausgelesenen aktiven Zeitplankanaldaten ein Verbindungsidentifika­ tor, wird die Sende-DMA-Logik versuchen, eine Datenzelle für diese Ver­ bindung von dem Hostspeicher an die auf der Platine befindlichen Sende- FIFOs (first in first out = Eingangsfolgebearbeitung) zu übertragen. Ist zu diesem Zeitpunkt, an dem eine neue Übertragungsanfrage eintrifft, die Sende-DMA-Logik besetzt durch eine andere Datenübertragung, so bestehen zwei Reaktionsmöglichkeiten. Die erste Möglichkeit ist, den ankommenden Verbindungsidentifikator fallenzulassen. Daten gehen hierdurch nicht verloren, die Sende-DMA-Logik ist aber nicht in der Lage, zu versuchen, eine Datenzelle für diese bestimmte Verbindung zu übertragen, bis ihr Verbindungsidentifikator das nächste Mal in dem aktiven Zeitplan er­ scheint. Die zweite Möglichkeit besteht darin, ankommende Verbindungs­ identifikatoren zu puffern durch Aufhören des Abfragens der aktiven Zeitplankanäle bis zu dem Zeitpunkt, wo die Sende-DMA-Logik-Mittel ver­ fügbar werden.

Die Zeitplanlogik selbst ist verantwortlich für eine Entgegen­ nahme von Sendeverbindungszuteilungen und -freigaben von dem Host-Vor­ richtungstreiber über die Slave-Interface-Logik und das Bearbeiten des Aktualisierungszeitplans, sobald dies notwendig ist, um die Stoßübertra­ gung (burstiness) für jede vorliegende Verbindung zu minimieren. Die Ba­ sisinformation, die der Host an die Zeitplan-Logik weiterleitet, besteht aus einem 10-Bit-Verbindungsidentifikator (CONNID), einem 5-Bit-Band­ breitenfaktor (BWF) und einem Zuteilungs-/Freigabe-Indikator (Ein-Bit- Feld). Es gibt lediglich zehn erlaubte Bandbreitenfaktoren, die korre­ spondieren zu 1/2ⁿ (wobei n = 1-10), ausgedrückt als ein Prozentsatz der gesamten verfügbaren Sendebandbreite. Dies korrespondiert zu 1024/2ⁿ Eingängen in der aktuellen Zeitplanliste der Verbindungsidentifikatoren, wie nachfolgend dargestellt.

Die Scheduler-Logik unterhält zehn Listen im lokalen, auf der Platine befindlichen RAM, wobei jede zu einem spezifischen BWF korre­ spondiert. Wird eine Sendeverbindungs-Zuteilungsanfrage erzeugt, liest die Scheduler-Logik durch alle zehn Listen, beginnend mit der n = 1 Liste (50%) (2 Eingänge) und endend mit der n = 10 Liste (0.098%) (1024 Ein­ gänge). Der CONNID für die neue Verbindung wird in dem ersten verfügba­ ren leeren Raum in der geeigneten Liste plaziert. Ein leerer Raum ist gekennzeichnet mit einem Null-Indikator. Wird eine Sendeverbindungs- Freigabeanfrage erzeugt, liest die Scheduler-Logik durch die Listen wie oben und tauscht den echten CONNID-Wert in der geeigneten Anpassungsli­ ste aus gegen einen Null-Indikator.

Wichtig ist, daß die Scheduler-Logik durch jeden Eingang in allen zehn Listen liest, die sich auf 2046 Eingänge (2 + 4 + 8 . . . + 256 + 512 + 1024) belaufen, obwohl allenfalls nur 1024 Eingänge einen CONNID enthal­ ten. Werden Sendeverbindungen belegt oder freigegeben, aktualisiert die Scheduler-Logik den Arbeitszeitplan, wie nachfolgend beschrieben.

Findet sie in den Listen einen CONNID, erhöht die Scheduler- Logik sequentiell einen Zähler variabler Größe um eine Anzahl Zählungen gleich einer Anzahl Eingänge in dem Zeitplan (vergleiche vorstehende Ta­ belle) spezifisch zu der Liste, wo der CONNID als vorhanden gefunden wurde, startend bei null. Beispielsweise wird ein in der 12,5%-Liste gefundener CONNID 128 Eingänge in dem Zeitplan füllen, und der Zähler wird von 0 bis 127 inkrementiert. Zur gleichen Zeit wird einem 10-Bit- Zeitplan-Adressen-Offset-Zähler ebenfalls erlaubt, von seinem aktuellen Wert um die gleiche Anzahl Zählungen wie der Zähler variabler Größe zu inkrementieren. Der Zeitplan-Adressen-Offset-Zähler wird jedesmal zu­ rückgesetzt auf eine Zählung von null, wenn eine Verbindung belegt oder freigegeben wird, wodurch der Aktualisierungszeitplan veranlaßt wird, aktualisiert zu werden. Der Zeitplan-Adressen-Offset wird verwendet als ein Zeiger in den Aktualisierungszeitplan. Der nach Zeitplan festgelegte Verbindungsidentifikator wird in den Aktualisierungszeitplan einge­ schrieben bei der Adresse, die bestimmt wurde durch die Bit-Umkehrung des Zeitplan-Addressen-Offsets. Auf diese Weise kann der Aktualisie­ rungszeitplan aktualisiert werden, wenn Sende-Verbindungen belegt oder freigegeben sind. Wird der letzte Eingang der letzten Liste gelesen und ausgemacht, wird der Zeitplan-Adressen-Offset-Zähler inkrementiert, um, falls notwendig, vollständig durch alle verbliebenen Zeitplan-Adressen zu laufen und diese mit Null-Identifikatoren zu füllen.

Um die Zellen für eine bestimmte Sende-Verbindung so gleich­ mäßig wie möglich in dem 1024-Eingangs-Aktualisierungszeitplan zu ver­ teilen, sind die 10-Bit-Zähler-Zeitplan-Adressenausgänge bit-umgekehrt, wenn der Aktualisierungszeitplan angesprochen wird.

Eine gleichmäßige Verteilung der Zellen hängt auch ab vom Durchlaufen der Bandbreitenlisten von großen zu kleinen Bandbreiten. Dies ist der Fall, weil größere Bandbreiten-Verbindungen ausgerichtet Dies ist der Fall, weil größere Bandbreiten-Verbindungen ausgerichtet werden müssen auf strengere Zeitplan-Adressengrenzen als schmalere Band­ breiten-Verbindungen. Speziell für einen gegebenen Wert von n müssen die (10-n) niederwertigsten Bits der Startadresse des 10-Bit-Zeitplan-Adres­ sen-Offsets null sein. Beispielsweise, um die Zellen für eine n = 1 (50%) Verbindung gleichmäßig zu verteilen, hat die Startadresse des 10-Bit- Zählers binär X000000000 zu sein, die ebenfalls die Startadresse der nächsten Verbindung ist, da n = 1 das Laufen durch 512 (binär 1000000000) Zählungen des Zeitplan-Adressen-Zählers impliziert, während eine n = 10- (0,098%) Verbindung irgendwo ausgerichtet sein kann. Es folgt dann, daß eine Verbindung mit einem bestimmten Wert für n immer ausgerichtet sein wird auf die Zeitplan-Adressen-Grenzen jeder Verbindung mit Werten für n kleiner oder gleich ihres eigenen Wertes. Das Durchlaufen der Bandbrei­ ten-Listen von großen Bandbreiten n zu kleinen Bandbreiten N stellt folglich sicher, daß alle Erfordernisse der Startadressen-Grenzen-Aus­ richtung eingehalten werden, so daß die Sende-Verbindungs-Bursts in dem vorliegenden Zeitplan minimiert werden. Es ist jedoch zu beachten, daß eine gewisse Extra-Stoßübertragung (burstiness) auftreten kann, wenn der aktive Zeitplan und der Arbeitszeitplan ausgetauscht werden.

Eine Verbindung kann viele Male belegt werden mit verschiede­ nen BWFen derart, daß ein zustimmbarer Aggregat-Bandbreiten-Wert erhal­ ten wird. In einem solchen Fall gibt es allerdings keinen Weg, jegliche Stoßübertragung (burstiness) zu minimieren, die erzeugt wird als ein Er­ gebnis der vielfachen unabhängigen Belegungen. Die Stoßübertragung (bur­ stiness) wird minimiert nur innerhalb jeder Belegung in bezug auf den Zellenzeitplan in dieser Belegung. Wird eine Verbindung, die aus mehrfa­ chen unabhängigen Belegungen besteht, freigegeben, muß jede unabhängige Bandbreiten-Belegung separat freigegeben werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Organisieren der Übertragung von Datenzellen in einem ATM-Netz, umfassend die Schritte:

• a) Festlegen von Bandbreiten-Faktoren für zu übertragende Zel­ len als ein Prozentsatz der gesamten Bandbreite in dem ATM-Netz,
• b) Führen von Listen an zu übertragenden Zellen, wobei jede Liste einen Bandbreiten-Faktor repräsentiert,
• c) Aufteilen der gesamten Bandbreite in dem ATM-Netz in Kanäle entsprechend der festgelegten Bandbreiten-Faktoren und Schalten der ver­ schiedenen Bandbreiten über die gesamte Bandbreite in einer Mehrkanal- Anordnung, und
• d) Auswählen von zu übertragenden Zellen von den Listen von Zellen in Übereinstimmung mit den verfügbaren Kanälen und Bandbreiten- Faktoren davon.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswählen von zu übertragenden Zellen ein Lesen der Listen von Zellen von größeren Bandbreiten zu kleineren Bandbreiten umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein verfügbarer Zeitkanal in der gesamten Bandbreite den größten Bandbreiten-Zellen innerhalb der Bandbreite des Kanals zugeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Vielzahl Zellen einem verfügbaren Kanal zugeord­ net werden, wenn die Summe der Vielzahl Zellen in der Bandbreite des Ka­ nals liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Führen der Listen an Zellen umfaßt ein Führen ei­ nes aktiven Satzes von Listen zur Verwendung bei der Zuordnung von Zeit­ kanälen und eines Aktivierungssatzes an Listen zum Austauschen übertra­ gener Zellen durch neue, die Übertragung erwartende Zellen, und der ak­ tive Satz an Listen und der Aktualisierungssatz an Listen periodisch ge­ wechselt werden.