DE19824812B4

DE19824812B4 - Verfahren sowie Vorrichtung zum Übertragen digitaler Daten mittels eines erweiterten ISDN-Netzwerks

Info

Publication number: DE19824812B4
Application number: DE1998124812
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Dipl.-Ing. Möhrmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: DE19824812A1

Abstract

Verfahren zum Übertragen digitaler Daten zwischen einer ersten Sende-/Empfangseinrichtung und einer zweiten Sende-/Empfangseinrichtung in ISDN-kompatibler Weise, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erstellen von Gesamtrahmen mit einer Übertragungszeit entsprechend einem ISDN-Standardzeitrahmen sowohl innerhalb der ersten als auch der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung,
wobei die von der ersten Sende-/Empfangseinrichtung erzeugten Gesamtrahmen aus m Grundrahmen bestehen und m eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist,
wobei die von der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung erzeugten Gesamtrahmen aus n Grundrahmen bestehen und n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist,
wobei die Grundrahmen zumindest bezüglich der Anzahl der darin enthaltenen Bit dem gewählten ISDN-Standard entspricht und n ≠ m gilt,
Übertragen der Gesamtrahmen der ersten Sende-/Empfangseinrichtung an die zweite Sende-/Empfangseinrichtung, und
Übertragen der Gesamtrahmen der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung an die erste Sende-/Empfangseinrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahre n sowie eine Vorrichtung zum Übertragen digitaler Daten mittels eines erweiterten ISDN-Netzwerk.

Das zeitrangig ältere, aber nachveröffentlichte Dokument DE 197 06 081 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem ebenfalls aus mehreren, die gleiche Anzahl Bits wie ein ISDN-Standardrahmen aufweisenden Grundrahmen sog. Gesamtrahmen gebildet und innerhalb der Übertragungszeit eines ISDN-Standardrahmens übertragen werden. Damit sind auch höhere Datenraten als im ISDN-Standard möglich. Einer der in den Grundrahmen enthaltenen Nutzkanäle dient dabei auch zur Übertragung von Paketdaten (siehe 3).

Das Dokument DE 42 28 583 A1 zeigt ein Verfahren zur gleichzeitigen Kommunikation von mehr als zwei Endgeräten über eine ISDN-Basisraten-Schnittstelle. Die gesamte Bandbreite der zwei B-Kanäle wird dabei aufgeteilt durch die formale Zusammenfassung einer ganzzahligen Anzahl N von Unterrahmen zu einem Mehrfachrahmen. Somit stehen 2N Unterkanäle mit einer Bandbreite von 64/N kbps (bzw. 128/2N) kbps) zur Verfügung (siehe bspw. 3 sowie Sp. 3, Z. 21–49).

Das Dokument DE 41 17 869 A1 offenbart ein Koppelelement mit zwischen zwei verschiedenen Datenraten umschaltbaren Ein- und Ausgängen. Im Koppelelement werden die von den Eingängen kommenden Signale durch Multiplexen in eine neue Rahmenstruktur eingefügt, die auf der höheren der beiden Datenraten beruht (siehe dort bspw. 2 sowie Sp. 2, Z. 22–48).

Das Dokument EP 0 516 374 B1 beschreibt ein Verfahren zur Übertragung von Daten mit variabler Bitrate, bei dem mehrere ISDN-Basiskanäle zu einem Nutzkanal mit höherer Gesamtbitrate zusammengefasst werden und eine Anpassung der Gesamtbitrate durch Entfernen oder Hinzufügen von einzelnen Basiskanälen erfolgt (siehe dort bspw. die Patentansprüche 1–4).

Das Dokument US 5 761 207 A zeigt das Multiplexing von Nutzdaten aus 64 ISDN B-Kanälen, von Signalisierungsdaten der zugehörigen D-Kanäle sowie von Daten für Wartungszwecke in einen neuen 66 Zeitschlitze umfassenden Mehrfachrahmen. Abhängig vom Umfang der zu übertragenden Signalisierungsinformationen wird das Format des Mehrfachrahmens umgeschaltet (siehe dort bspw. die 3a und 3b sowie Sp. 4 Z. 20–60).

Der Artikel „Systems considerations for the use of xDSL technology for data access" von Hawley, G.T. in dem Dokument „Communications Magazine, IEEE, März 1997, Band 35, Nr. 3, Seiten 56–50, ISSN: 0163-6804" beschreibt verschiedene Verfahren zur digitalen Datenübertragung über eine Telefonleitung, die zur Erreichung immer höherer Übertragungsraten eingeführt wurden, wie bspw. der ISDN-Basisraten-Zugang mit 2B1Q-Kodierung oder das asymmetrische ADSL-Verfahren (siehe in dem genannten Artikel bspw. S. 57–59, „xDSL Transceivers in Use Today").

Gemäß dem ISDN-Standard werden pro Leitung nur zwei Nutzkanäle von jeweils 64 kbits/s zur Verfügung gestellt. Für eine Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise die Übertragung von Bewegtbildern, sind höhere Datenraten bis zu mehreren Mbit/s erforderlich, die mit dem verbreiteten ISDN-Standard nicht erzielbar sind. Zur Lösung dieser Problematik wurden bereits eine Vielzahl anderer Standards vorgeschlagen, wie beispiels weise der HDSL (High bit rate digital subscriberline)-Standard, der VDSL (Very heigh bit rate digital subscriber line)-Standard sowie der ADSL (Asymmetric digital subscriber line)-Standard. Diese Standards weisen gegenüber dem ISDN-Standard eine erheblich verbesserte Datenrate auf, derzeit bis zu mehreren Mbit/s.

Nachteilig an den zuletzt genannten Standards ist jedoch dass diese nicht mit ISDN kompatibel sind, was aufgrund der bereits erfolgten hohen Durchsetzung von ISDN nachteilig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Übertragen von Daten anzugeben, die einerseits zum bestehenden ISDN-Standard kompatibel sind, andererseits jedoch eine höhere Datenübertragungsrate sowie physikalischen unsymmetrischen Betrieb ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 und 9 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen die Zeichnungen im einzelnen:

1 eine Darstellung eines standardgemäßen ISDN-Zeitrahmens für die Option 2B1Q-Übertragung;

2 eine Darstellung einer Ausführungsform für ein ISDN-kompatibles Übertragungsschema;

3 eine Darstellung zur Verdeutlichung einer Ausführungsform für ein Übertragungsschema zur Erzielung eines ISDN-kompatiblen physikalisch unsymmetrischen Betriebs mit gegenüber dem ISDN-Standard erhöhter Datenrate.

1 zeigt einen standardgemäßen ISDN-Zeitrahmen, wie er beispielsweise im technischen Bericht ETR 080 der ETSI für die Option mit 2B1Q-Übertragung festgelegt wurde. Der Zeitrahmen 1 enthält 240 Bits, die innerhalb von 1,5 ms übertragen werden. Der Zeitrahmen besteht im wesentlichen aus drei Teilen, einem Zeitrahmenkennzeichen 2, einem Mittelteil 3 sowie einem Wartungsteil 4. Das Zeitrahmenkennzeichen 2 besteht aus 18 Bits, die den Beginn des Zeitrahmens 1 kennzeichnen und zu Synchronisationszwecken verwendet werden. In dem Mittelteil 3 werden abwechselnd jeweils die Daten zweier Nutzkanäle BA1 und BA2 sowie eines Datenkanals D übertragen. Der Mittelteil besteht insgesamt aus jeweils zwölf Gruppen P1 bis P12, die sich wiederum jeweils aus einem 8 Bit Datenwort des Nutzkanals BA1, einem 8 Bit Datenwort des Nutzkanals BA2 sowie einem 2 Bit Datenwort des Datenkanals zusammensetzen. Der Wartungsteil 4 besteht aus sechs Bits M1 bis M6, die für Wartungs- und Übertragungszwecke genutzt werden.
Um die Zuordnung der Wartungsbits M zu bestimmten Aufgaben über mehr als einen Rahmen zu ermöglichen, wird ein Wartungsrahmen aus acht Grundrahmen benutzt. Der Beginn des Wartungsrahmens wird durch ein bestimmtes Bitmuster gekennzeichnet.
2 zeigt im oberen Teil erneut den Zeitrahmen 1 der 1 und im unteren Teil einen Zeitrahmen 10, der für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist. Der Zeitrahmen 10 besteht im wesentlichen aus einem ersten Teil 11 und einem zweiten Teil 12, die einen identischen Aufbau aufweisen können und, einzeln betrachtet, das Format des Zeitrahmens 1 der 1 aufweisen. In dem gezeigten Beispiel enthält der Zeitrahmen 10 zwei Grundrahmen, was dem Fall n = 4 entspricht, wobei n die Zahl der übertragbaren Nutzkanäle BA bezeichnet. Selbstverständlich kann auch eine höhere Anzahl von Grundrahmen pro Gesamtrahmen vorgesehen sein, z.B. 4, 8, 16 etc., was den Fällen n = 8, 16, 32 etc. entspricht.
Die beiden Rahmen 11 und 12, die gemeinsam den Rahmen 10 bilden, weisen die gleiche Anzahl von Zeitschlitzen für die Nutzkanäle BA1 bis BA4 auf. Bei einer Übertragung einer größeren Zahl von Zeitrahmen je Gesamtrahmen 10 ist dies in der Regel nicht mehr der Fall. Damit ist die Zuordnung der Zeitschlitze zu den einzelnen Nutzkanälen innerhalb der unterschiedlichen Zeitrahmen in einem Gesamtrahmen 10 ebenfalls unterschiedlich, so daß es notwendig ist, eine Gesamtrahmenkennzeichnung für den Gesamtrahmen 10 zu verwenden, um empfangsseitig die einzelnen Zeitschlitze in den verschiedenen Zeitrahmen den richtigen Kanälen zuordnen zu können.
Diese Gesamtrahmenkennzeichnung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. So kann z.B. das Zeitrahmenkennzeichen 13 in jedem Zeitrahmen um 2 Bit verkürzt werden. Eines dieser Bits oder beide Bits werden im ersten Zeitrahmen, d.h. dem Zeitrahmen 11, eines Gesamtrahmens 10 auf einen vorgegebenen Wert gesetzt, welcher vom Wert an derselben Stelle in den übrigen Zeitrahmen desselben Gesamtrahmens 10 abweicht.
Soll das Zeitrahmenkennzeichen 13 gegenüber dem ISDN-Standard unverändert bleiben, so kann eine im ISDN-Standard definierte Wartungsrahmenkennung verwendet werden. Gemäß dem ISDN-Standard (Option für zwei 2B1Q-Übertragung) wird das Zeitrahmenkennzeichen FRS in jedem achten Zeitrahmen in ein Wartungsrahmenkennwort MFRS invertiert. Im Zeitrahmen mit dem Wartungsrahmenkennwort MFRS haben gemäß ISDN-Standard die Bits mit den Nummern "239" und "240" keine Funktion. Eines dieser Bits oder beide Bits können daher auf einen vorgegebenen Wert gesetzt werden, welcher vom Wert an derselben Stelle in den übrigen Zeitrahmen des jeweiligen Gesamtrahmens abweicht.
Die Wartungsrahmenkennung und die Gesamtrahmenkennzeichnung werden mindestens einmal zeitlich derart synchronisiert, daß der Beginn eines Gesamtrahmens 10 mit dem Beginn eines Wartungsrahmens zusammenfällt. Da der Wartungsrahmen acht Zeitrahmen und der Gesamtrahmen 10 "n"-Zeitrahmen enthält, fällt der Beginn beider Rahmen u.U. nur in größeren Abständen zeitlich zusammen.
Anhand 2 wurde erläutert, wie unter Beibehaltung einer Kompatibilität zum ISDN-Standard eine Erhöhung der Übertragungsdatenrate erzielt werden kann, nämlich dadurch, daß die Grundstruktur des ISDN-Rahmens innerhalb der Übertragungszeit von 1,5 ms zweimal oder mehrmals wiederholt wird, um dadurch eine entsprechend erhöhte Übertragungskapazität zu erhalten. Der vorliegenden Erfindung liegt, aufbauend auf dieser Grundüberlegung, insbesondere die Erkenntnis zugrunde, daß ein derartiges Datenformat auch einen physikalisch unsymmetrischen Betrieb zuläßt. Unsymmetrischer Betrieb ist stets dann erforderlich oder günstig, wenn die Datenmengen in einer Übertragungsrichtung wesentlich größer sind als für die andere Richtung erforderlich. Eine derartige Situation findet sich insbesondere bei Internet-Anwendungen, wo üblicherweise große Datenmengen von dem angewählten Server "Downstream" zum Internet-Benutzer übertragen werden, dagegen "Upstream" zum angerufenen Server in der Regel nur geringe Steuerungsinformation übertragen wird.
3 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Rahmenbildung, die einen unsymmetrischen Betrieb in Upstream-Richtung und Downstream-Richtung ermöglicht. In Upstream-Richtung ist wiederum der zur Einhaltung der Kompatibilität mit ISDN erforderliche Überrahmen mit einer Dauer von 1,5 ms gezeigt, der hier mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet ist. In diesem Überrahmen 20 sind wiederum zwei Grundrahmen 21 und 22 enthalten, entsprechend der Rahmenbildung gemäß 2 unterer Teil. In Downstream-Richtung ist ebenfalls ein Überrahmen mit der Dauer 1,5 ms gezeigt, der hier mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist. Dieser Überrahmen 30 besteht aus insgesamt vier Grundrahmen 31 bis 34 und weist somit für die B-Kanäle die doppelte Kapazität auf wie der Rahmen 20.
Bevorzugterweise sind die Überrahmen in den beiden Richtungen um 180° phasenversetzt.
Die Rahmenbildung gemäß 3 ermöglicht einen unsymmetrischen Betrieb mit vorzugsweise erhöhter Datenrate in Downstream-Richtung. Es wird somit eine ISDN-kompatible Übertragung mit unsymmetrischer Datenrate ermöglicht, wobei die Datenrate zumindest in einer der Richtungen gegenüber dem ISDN-Standard erhöht ist.
Allgemein gesprochen werden n_down-Grundrahmen für die Abwärtsrichtung (Downstream) und n_up-Grundrahmen für die Aufwärtsrichtung (Upstream) in jeden Überrahmen eingeschachtelt. Zur Erzielung der Unsymmetrie gilt dabei n_down ≠ n_up.
Das Verhältnis der Grundrahmen in den unterschiedlichen Richtungen kann prinzipiell beliebig sein, sollte jedoch für Internet-Zugriff mittels TCP-IP ein Verhältnis von 1:10 nicht überschreiten.
3 zeigt, daß jeder der Grundrahmen 21 und 22 des Überrahmens 20 sowie jeder der Grundrahmen 31 bis 34 des Überrahmens 30 wiederum aus drei Teilen besteht, nämlich jeweils aus einem Rahmenkennungswort, einem Mittelteil und einem Wartungsteil. Die Überrahmenerkennung erfolgt entsprechend den Prinzipien, die in Zusammenhang mit der 2 besprochen wurden. Für einen Fall n = 2, d.h. einem einzigen Grundrahmen pro Überrahmen, ist eine Überrahmenkennung nicht notwendig, da dieser Fall dem NISDN-Rahmen entspricht. Für n > 2 erfolgt die Überrahmenkennung vorzugsweise in jeder Übertragungsrichtung durch Markierung eines oder mehrerer Bits in dem für OAM (Operation and Maintenance)-Zwecke nicht genutzten Wartungsteil des ersten oder letzten Grundrahmens innerhalb des Überrahmens, da die Anzahl dieser Bits pro Überahmen mit n ansteigt, so daß mehr Bits zur Verfügung stehen als für die Wartungsaufgaben benötigt werden. Alternativ kann der aus acht Grundrahmen bestehende OAM-Überrahmen mit dem gewählten Überrahmen synchronisiert werden und die Überrahmenerkennung mittels freien Bits des Wartungsteils des ersten Grundrahmens des OAM-Überrahmens erfolgen.
Die OAM-Überrahmen werden sinnvollerweise so gebildet, daß in jeder Richtung pro Überrahmen die Wartungs-(Maintenance)-Bits eines einzigen Grundrahmens (z.B. des zweiten oder letzten Grundrahmens innerhalb des Überrahmens) für diesen Zweck verwendet werden. Damit entsteht ein symmetrischer OAM-Kanal mit einer Kapazität entsprechend NISDN, der voll kompatibel zu den NISDN ist. Der OAM-Überrahmen erstreckt sich somit jeweils über acht Überrahmen. Die OAM-Überrahmenkennung erfolgt wie bei NISDN durch Invertierung des Rahmenkennungswortes des entsprechenden Grundrahmens in jedem achten Überrahmen.
Für die Signalisierung wird vorzugsweise ebenfalls eine gleiche Anzahl von D-Zeitschlitzen pro Richtung verwendet, beispielsweise die D-Zeitschlitze eines Grundrahmens, z.B. des ersten, pro Überrahmen für jede Richtung. Somit entsteht auch hier ein symmetrischer Kanal mit einer Kapazität von (mindestens) 16 kbit/s.
Die nicht für die Überrahmenkennung oder Signalisierung genutzten Bitstellen können freigelassen werden oder mit Nutzinformation belegt werden.

Claims

Verfahren zum Übertragen digitaler Daten zwischen einer ersten Sende-/Empfangseinrichtung und einer zweiten Sende-/Empfangseinrichtung in ISDN-kompatibler Weise, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erstellen von Gesamtrahmen mit einer Übertragungszeit entsprechend einem ISDN-Standardzeitrahmen sowohl innerhalb der ersten als auch der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung, wobei die von der ersten Sende-/Empfangseinrichtung erzeugten Gesamtrahmen aus m Grundrahmen bestehen und m eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, wobei die von der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung erzeugten Gesamtrahmen aus n Grundrahmen bestehen und n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, wobei die Grundrahmen zumindest bezüglich der Anzahl der darin enthaltenen Bit dem gewählten ISDN-Standard entspricht und n ≠ m gilt, Übertragen der Gesamtrahmen der ersten Sende-/Empfangseinrichtung an die zweite Sende-/Empfangseinrichtung, und Übertragen der Gesamtrahmen der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung an die erste Sende-/Empfangseinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsdauer eines Gesamtrahmens 1,5 ms ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtrahmen jeweils Teil eines Überrahmens sind und der entsprechende Überrahmen ein Rahmenkennzeichen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Überrahmenkennung ein oder mehrere Bits in einem für Wartungszwecke nicht genutzten Wartungsteil des ersten oder letzten Grundrahmens innerhalb des Überrahmens verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Überrahmen mit einem aus acht Grundrahmen bestehenden OAM-Überrahmen synchronisiert wird und die Überrahmenerkennung mittels freier Bits des Wartungsteils des ersten Grundrahmens des OAM-Überrahmens erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß OAM-Überrahmen so gebildet werden, daß in jeder Richtung pro Überrahmen die Wartungsbits eines einzigen Grundrahmens verwendet werden zur Erzielung eines symmetrischen OAM-Kanals mit einer Kapazität entsprechend dem ISDN-Standard.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die OAM-Überrahmenerkennung durch Invertierung des Rahmenkennungswortes des entsprechenden Grundrahmens in jedem achten Überrahmen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei für die Signalisierung eine gleiche Anzahl von D-Zeitschlitzen pro Richtung verwendet wird zur Erzielung eines symmetrischen Signalisierungskanals mit einer Kapazität von mindestens 16 kbit/s.
System zum Übertragen digitaler Daten zwischen einer ersten Sende-/Empfangseinrichtung und einer zweiten Sende-/Empfangseinrichtung über einen Übertragungskanal in ISDN-kompatibler Weise mit folgenden Einrichtungen: einer Einrichtung zum Erstellen von Gesamtrahmen innerhalb der ersten Sende-/Empfangseinrichtung, die eine Übertragungszeit entsprechend einem ISDN-Standardzeitrahmen aufweisen, einer Einrichtung zum Erstellen von Gesamtrahmen innerhalb der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung, die eine Übertragungszeit entsprechend einem ISDN-Standardzeitrahmen aufweisen, wobei die in der ersten Sende-/Empfangseinrichtung erzeugten Gesamtrahmen aus m Grundrahmen bestehen und m eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, wobei die in der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung erzeugten Gesamtrahmen aus n Grundrahmen bestehen, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, wobei der Grundrahmen zumindest bezüglich der Anzahl der darin enthaltenen Bit dem gewählten ISDN-Standard entspricht und m ≠ n gilt, einer Einrichtung zum Übertragen der Gesamtrahmen der ersten Sende-/Empfangseinrichtung an die zweite Sende-/Empfangseinrichtung über den Übertragungskanal, und einer Einrichtung zum Übertragen der Gesamtrahmen der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung an die erste Sende-/Empfangseinrichtung über den Übertragungskanal.