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