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Diese Erfindung bezieht sich auf Kommunikationsmultiplexer für den
Einsatz in Nachrichtensystemen, wie Nachrichtennetzen.
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Systeme, die für den Transport von codierten Signalen auf einem
Kommunikationsglied vorgesehen sind, sind wohlbekannt. Viele solcher
Systeme werden für Datensignale eingesetzt, die nicht zeitkritisch sind;
Beispiele solcher Systeme sind Paketvermittlungsnetzwerke und viele lokale
Netzwerke (LANs). Viele andere können Sprache und Videosignale
führen, wo Übertragungsverzögerungen oberhalb bestimmter Grenzen
nicht akzeptierbar sind, aber keine Datensignale.
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Im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 26, Nr. 11, April 1984,
Seiten 5991 bis 5992 wird ein Token Ring-Nachrichtensystem beschrieben
zum Übertragen mehrerer Pakete, bevor ein freier Token freigegeben
wird. Token Ring-Systeme erlauben nur einen einzigen Token
gleichzeitig auf dem Ring; Nachrichten können lang sein und unterschiedliche
Nachrichten haben gewöhnlich unterschiedliche Längen. Solche Systeme
werden zum Halten von Daten eingesetzt. Die Regeln für das im IBM
Bulletin beschriebene Verfahren stellen sicher; daß eine Station Zugriff
auf den Ring haben kann, während einer bestimmten Zeit bevor der
Token freigegeben wird. Es gibt keine Mechanismen zum Sicherstellen,
daß Zugriffsverzögerungen innerhalb gesetzter Grenzen gehalten werden,
und der Ring könnte ungeeignet sein zum Tragen von Betriebsarten wie
z. B. Sprache oder Video mit niedriger Bit-Rate, die maximale
Verzögerungsanforderungen haben. Es gibt offensichtliche Vorteile, wenn man
in der Lage ist, ein einziges System für sowohl Daten als auch Sprache
und andere synchrone Betriebsarten einzusetzen. Zum Beispiel gäbe es
eine bedeutende Kostenersparnis gegenüber getrennten Daten- und
Sprachnetzen. Jedoch gibt es zahlreiche Probleme beim Ausführen eines
befriedigenden dualen Systems besonders bei den Bit-Raten, die zum
Transport von Sprache und Video mit niedrigen Bit-Raten erforderlich
sind. Vorhandene Protokolle für Systeme bei niedrigen Bit-Raten
würden unter einem oder mehreren der folgenden Nachteile leiden:
Übermäßige Verzögerung und/oder Zittern (Jittern); Unfähigkeit, garantierte
Bandbreite für die Dauer von verzögerungsempfindlichen
Betriebsartenaufrufen bzw. Dienstaufrufen bereitzustellen; keine wirksame
Überlaststeuerung; und unwirtschaftlicher Gebrauch von Bandbreite.
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Im Bell System Technical Journal, Band 51 Nr. 6, Juli/August 1972, S.
1147-1165, /An Experimental Data Block Switching System" - W. J.
Kropfl - wird ein durch Taktimpulse synchronisiertes ringartiges System
mit einem Mechanismus gegen /rücksichtsloses Ansichreißen., der von
einem Feld zur Steuerung des /Ansichreißens. in jedem Block und einer
Speichervorrichtung in jeder Station ausgeführt wird. Eine Station /A.
ist vorgesehen, die dazu dient, den Ring zu schließen und
Zeitinformation für alle Nachrichten auf dem Ring bereitzustellen. Sie führt auch
eine zentralisierte Rücksetzfunktion und eine Überlaststeuerung aus.
Jede Station /B. weist eine /Schreibanfrage.-Leitung auf, die sie einsetzt,
um den Wunsch nach Übertragung anzuzeigen. Stationen /B. können
Blöcke in freie Plätze auf dem Ring schreiben und dies fortfahren,
vorausgesetzt daß nachfolgende Blöcke ein ungesetztes Steuerfeld
aufweisen (wenn sie frei sind und das Feld zur Steuerung des
/Ansichnehmens. gesetzt ist, dann können Stationen /B. den Block nur an sich
nehmen, wenn sie noch nicht übertragen haben). Wenn ein voller Block
angetroffen wird und die Station /B. anfordert zu übertragen, dann wird
sie das Feld zur Steuerung des /Ansichnehmens. setzen. Auf diese
Weise haben alle Stationen /B. eine gleich günstige Gelegenheit, auf den
Ring zuzugreifen. Dieses System sieht keine bevorzugte Betriebsart für
eine spezielle Station vor und würde nicht geeignet sein zur
Unterstützung einer Mischung aus Sprach- und Datenbetriebsarten. Das
Rücksetzen des Feldes zur Steuerung des /Ansichnehmens., das den
Stationenzugriff auf den Ring festlegt, wird durch eine einzelne Station
/A. ausgelöst und ein vollständiger Ausfall des Rings würde daher
hervorgerufen von einem Ausfall der Station /A.. Weiterhin, da diese
Rücksetzfunktion zentralisiert ist, haben Stationen /B. kein direktes
Verfahren zur Überwachung der Belastung des Rings und damit keine
Anzeige der Betriebsart bzw. des Dienstes, die bzw. den sie unterstützen
könnten.
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Im AT&T Bell Laboratories Technical Journal, Band 63 Nr. 2, Februar
1984, S. 307-334, /Integrated Voice/Data Services on Fastnet. - J. W.
Mark und J. O. Limb - wird ein /implizites. Token Weitergabesystem
beschrieben - kein eigentlicher Token wird verwendet, sondern eine feste
Dienstordnung wird eingehalten, d. h. Station 1, Station 2, . . . Station N.
Das System erfordert zwei Busse (einen zur Vorwärts- und den anderen
zur Rückwärtsübertragung). Die Stationen sind nicht speziell für Sprache
oder Daten (synchron bzw. asynchron), da Sprach- und Datenzyklen
beschrieben sind, die zu unterschiedlichen Zeiten auftreten. Sprache ist
höhere Priorität gegeben als Daten. Stationen können in eine maximale
Anzahl von freien Plätzen bzw. Datenplätzen des richtigen Typs
schreiben. Eine Kopfstation führt eine zentralisierte Zugriffssteuerung
aus, die Zugriff auf entweder Sprach- oder Datenbetriebsarten erlaubt
durch Ausgabe eines freien Platzes des richtigen Typs. Dieser Systemtyp
ist relativ unflexibel, dadurch, daß Zuordnung von Bandbreite zu
Stationen dazu neigt, ungerecht zu sein und wird auf Stationen gelenkt
sein, die sich physisch nahe zur Kopfstation befinden. Weiterhin, da
zwei Unidirektionalbusse verwendet werden (und kein Ring), ist es für
die Stationen erforderlich zu wissen, welcher Bus zu benutzen ist, um an
jede andere Station zu übertragen.
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Die US-PS 3,988,545 (Kuemmerle et al) offenbart einen Multiplexer; in
dem Daten von synchronen Quellen in jeweilige Register empfangen
werden, die zum Auslesen von Paketen zu geeigneten Zeiten adressiert
werden. Daten von asynchronen Quellen werden in Pakete formatiert
und an einen Pufferspeicher gespeist, der gesteuert ist zum Auslesen in
Übereinstimmung mit den Lücken zwischen den synchronen Datenkanälen
in dem Paket.
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Es ist häufig gewünscht, Informationen zwischen Ringen und Schleifen
oder anderen Netzen auf Kommunikationsglieder zu übertragen. Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Verbindungsmultiplexer
bereitzustellen, der es ermöglicht, daß Warteschlangen von Blöcken an eine
Verbindung übertragen werden, ohne einer Warteschlange zu erlauben,
die Verbindung bzw. das Glied /an sich zu nehmen".
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Kommunikationsmultiplexer
bereitgestellt mit einer Vielzahl von Warteschlangen für
Nachrichtenblöcke, die auf ein Kommunikationsglied übertragen werden sollen,
gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die angeordnet ist, um eine
Zuordnung von d Blöcken zu jeder Warteschlange bereitzustellen, um
eine Übertragung von den Warteschlangen auf das Glied zu überwachen
und um eine Übertragung weiterer Blöcke von jeder Warteschlange zu
hemmen, welche d Blöcke auf das Glied übertragen hat, bis eine weitere
Zuordnung durchgeführt wird.
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Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung für jede Warteschlange einen
Zähler auf und die Zähler werden rückgesetzt, wenn jede Warteschlange
gehemmt oder leer ist.
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Vorzugsweise ist ein maximales zulässiges Intervall zwischen den
Rücksetzungen eingestellt gemäß den Verzögerungserfordernissen für
Nachrichtenblöcke für zeitempfindliche Betriebsarten.
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Vorzugsweise sind jeweilige Warteschlangen für zeitempfindliche
Betriebsarten, die unterschiedliche maximale Verzögerungsintervalle aufiveisen,
bereitgestellt, und das maximal zulässige Intervall zwischen Rücksetzungen
ist nicht größer als das maximale Verzögerungsintervall für die
Warteschlange mit dem kleinsten solchen Intervall.
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Vor der Annahme eines neuen zeitempfindlichen Betriebsartenaufrufs
kann die Rate von Rücksetzungen mit dem maximal zulässigen Intervall
zwischen Rücksetzungen verglichen werden, um festzulegen, ob der
Aufruf angenommen werden kann, ohne daß das Rücksetzintervall über
das Maximum steigt, und bei Annahme des Aufrufs die Zuordnung d für
seine Warteschlange erhöht wird.
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Vorzugsweise weist jede Warteschlange eine zugeordnete Priorität auf
und die Steuereinrichtung fragt die Warteschlangen in Prioritätsordnung
ab.
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Vorzugsweise ist eine Warteschlange für nicht-zeitempfindliche
Betriebsarten vorgesehen, wobei die Warteschlange eine kleine feste Zuordnung
d hat.
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Damit kann erkannt werden, daß eine Warteschlange, die gerade über
trägt, nur eine gegebene Anzahl von leeren Blöcken an sich nehmen
darf, die entlang der Verbindung vorbeiläuft, bevor sie pausieren muß,
um anderen Warteschlangen zu ermöglichen, die anfordern zu übertragen,
Zugriff auf die Verbindung zu erlangen. Jeder Warteschlange, die
pausiert hat, wird nur Zugriff auf die Verbindung ermöglicht, nachdem die
anderen Warteschlangen, die anfordern zum Übertragen, die Gelegenheit
gehabt haben, ihre Zuordnung von Nachrichtenblöcken auszunutzen.
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Die Erfindung wird nun beispielhaft beschrieben werden mit besonderer
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. In den Zeichnungen
zeigen:
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Fig. 1 ein schematisches Diagramm, das ein Kommunikationsnetz
veranschaulicht, in dem ein Kommunikationsmultiplexer der
vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
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Fig. 2 die Struktur eines Platzes bzw. Datenplatzes auf dem Netz von
Fig. 1;
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Fig. 3 ein schematisches Diagramm das ein Beispiel einer Station auf
dem Netz von Fig. 1 veranschaulicht;
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Fig. 4 bis 7 Flußdiagramme von verschiedenen Funktionen, die an einer
Station des Netzes von Fig. 1 ausgeführt werden;
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Fig. 8 ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform eines
Kommunikationsmultiplexers gemäß der Erfindung
veranschaulicht; und
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Fig. 9 ein Diagramm, das ein Netz von Ringen und Verbindungen
zeigt.
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Bezugnehmend auf Fig. 1 der Zeichnungen weist ein
Kommunikationsnetzsystem eine Vielzahl von Stationen 10 auf, die über einen
Übertragungsring oder eine Übertragungsschleife 11 kommunizieren können.
Die Stationen 10 können viele Formen von digitalbasierten Vorrichtungen
einschließen, wie Datenverarbeitungsanlagen, Videovorrichtungen,
Faksimile- oder Telefonanlagen, und jede Station kann Verkehr von
mehreren Vorrichtungen konzentrieren. Eine Station könnte z. B. Zugriff
auf das öffentlich vermittelte Telefonnetzwerk bereitstellen. Die Schleife
ist konstruiert, um gemäß einem Protokoll betrieben zu werden, welches
als durch Taktimpulse synchronisiertes Ringprotokoll bekannt ist. In
dieser Art von Anordnung zirkulieren einer oder mehrere Plätze oder
Blöcke, von denen jeder eine vorbestimmte Anzahl von Bits aufweist, um
den Ring, und können von einer Station an sich genommen werden, die
Daten an eine andere Station übertragen möchte. Der Ring trägt eine
feste ganze Zahl von gleich langen Plätzen, die beim Einschalten
festgelegt werden und ständig von einer Station verwaltet werden, die als
Überwachung agiert. Im Falle eines Ausfalls der Überwachungsstation
kann eine andere Station die Überwachungsfunktion übernehmen.
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In der vorliegenden Anordnung, wenn eine Station Daten an eine andere
Station übertragen möchte, wird es ihr erlaubt, bis zu insgesamt d leere
Plätze (die keine aufeinanderfolgenden Plätze sein müssen) an sich zu
nehmen, und wenn sie jene Anzahl d verwendet hat, wird sie
automatisch in einen Zustand versetzt, bekannt als ein Pausenzustand, in dem
es nicht möglich ist, weitere Plätze an sich zu nehmen. Dieser Station
wird nicht ermöglicht, weitere Plätze an sich zu nehmen, bis sie in einen
aktiven Zustand zurückgesetzt ist. Wenn andere Stationen warten, um
Daten zu übertragen, kann die Erststation in einen aktiven Zustand
rückgesetzt werden, bis jene weiteren Stationen eine Möglichkeit gehabt
haben, ihre Zuordnung von leeren Plätzen aufzubrauchen. Die Weise,
wie dies erreicht wird, wird offensichtlich werden von der folgenden
Beschreibung.
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Bezugnehmend auf Fig. 2 der Zeichnungen weist jeder Platz zwei
Bereiche auf, wobei jeder aus einer Anzahl von Bits besteht. Bereich 20 ist
ein Steuerfeld 20 und der zweite Bereich 21 weist Datenbits auf, die die
Information tragen, die an eine andere Station übertragen werden soll.
Das Steuerfeld 20 weist eine Anzahl von Bits auf, in denen Bit 1 ein
Besetzt/Unbesetztbit ist, Bit 2 ein Versuchsbit ist, Bit 3 ein
Überwachungsbit ist, Bit 4 ein Rangfolgeanzeigebit ist, Bit 5 ein
Durchsagebit ist und Bit 6 und darüber einen Code definieren, der die
Zieladresse (DA) repräsentiert. Die Zieladresse definiert nur die
Station, zu der die Information, die im Datenfeld getragen wird, gerichtet
ist. Zusätzliche Adressierung, um jene Information zur passenden Stelle
innerhalb der Station wahlweise zu leiten, ist innerhalb des Datenfeldes
21 enthalten.
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Im Betrieb, wenn eine Station Daten an eine andere Station übertragen
möchte, identifiziert sie einen unbesetzten Platz, der auf dem Ring 11
kreist, versetzt das Bit 1 in einen Zustand, der einen vollen Platz
anzeigt, und fügt die passende Zieladresse DA in die Bits 6 aufwärts
ein. Die zu übertragenden Daten werden in das Datenfeld 21 eingefügt.
Der Platz bewegt sich nun um den Ring und die Zielstation erkennt die
Zieladresse und nimmt die Daten im Datenfeld an. Der Platz wird an
der Zieladresse geleert, das Bit 1 wird in seinen Zustand zurückversetzt,
der einen unbesetzten Platz anzeigt, und jener unbesetzte Platz wird
dann auf die nächste benachbarte Station weitergereicht, die von diesem
Platz Gebrauch machen kann, wenn sie Daten zu übertragen hat.
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Jede Station, die aktiv gemacht wurde, kann bis zu d unbesetzte Plätze
an sich nehmen wenn der Schwellenwert d erreicht worden ist, der
durch einen Zähler an der Station erfaßt wird, tritt die Station in einen
Pausen- oder gehemmten Zustand, in dem sie keine weiteren Plätze an
sich nehmen kann, auch wenn sie weitere Daten übertragen müßte. Die
Station verbleibt in diesem Pausenzustand, bis sie rückgesetzt wird in
einen aktiven Zustand wie unten beschrieben werden wird. Es wird
eingesehen werden, daß vorbehaltlich der d Schwelleneinschränkung eine
aktive Station mehrere Plätze auf dem Ring zu jeder Zeit haben kann:
während eines Pausenzustands kann die Station fortfahren, Datenplätze
von anderen Stationen zu empfangen, kann jedoch keine Daten
übertragen.
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Wenn eine Station in einem Leerlaufzustand oder in einem
Pausenzustand ist, führt sie ständig eine Funktion aus, obwohl sie keine Daten
überträgt. Diese Aktion ist wie folgt. Vorausgesetzt, daß die Station
nicht als eine, die in einen ausstehenden Rücksetzzustand versetzt worden
ist, markiert ist, welches später offensichtlich werden wird, dann jedesmal,
wenn sie einen vorbeilaufenden unbesetzten Platz identifiziert, dessen
Versuchsbit (Bit 2 des Steuerfelds) abgeschaltet ist, schaltet sie das
Versuchsbit in jenem Platz ein, lädt ihre eigene Adresse in die DA-Bits und
setzt sich selbst, einen ausstehenden Versuch zu haben. Das Besetzt
/Unbesetztbit des Platzes ist nicht gesetzt, so daß der Platz anderen
Stationen verfügbar zur Übertragung ist. Wenn irgendeine Station
nachfolgend einen unbesetzten Platz erfaßt, in dem die DA-Bits mit ihrer
eigenen Adresse übereinstimmen und in dem das Versuchsbit
eingeschaltet ist, antwortet sie wie folgt, abhängig von dem außergewöhnlichen
Versuchszustand. Wenn eine Station einen außergewöhnlichen Versuch
angezeigt hat, wird das Besetzt/Unbesetztbit (Bit 1 des Steuerfelds) des
Platzes in einen Besetztzustand umgewandelt. Diese Station kehrt dann
in einen aktiven oder Leerlaufzustand zurück, entsprechend, ob ein oder
ob kein Paket wartet, setzt ihren d-Zähler auf Null und lädt in einen d-
Schwellenspeicher den nächsten d-Schwellenwert. Schließlich streicht sie
das Zeichen für ausstehenden Versuch und markiert sich selbst, ein
ausstehendes Rücksetzen zu haben. Wenn ein ausstehender Versuch
nicht angezeigt ist, dann wird das Versuchsbit des Platzes abgeschaltet
und die DA-Bits werden alle auf Null gesetzt.
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Eine Station, die einen Platz erfaßt, dessen Besetzt/Unbesetztbit
eingeschaltet ist und dessen Versuchsbit auch eingeschaltet ist, antwortet
wie folgt, abhängig von seinem Zustand des ausstehenden Rücksetzens.
Wenn sie kein ausstehendes Rücksetzen hat, kehrt die Station in einen
aktiven oder Leerlaufzustand zurück, setzt ihren d-Zähler auf Null und
lädt den nächsten d-Schwellenwert in ihren Schwellenspeicher. Schließlich
streicht sie irgendeine ausstehende Versuchsmarkierung. Wenn ein
ausstehendes Rücksetzen angezeigt ist, dann wird das Versuchsbit des
Platzes abgeschaltet zusammen mit dem Besetzt/Unbesetztbit, und die
DA-Bits werden auf Null gesetzt. Schließlich wird das Zeichen für
ausstehendes Rücksetzen gestrichen.
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Damit kann erkannt werden, daß eine Station, die Daten übertragen
möchte, bis zu d Plätze verwenden kann, wenn sie aktiv gemacht worden
ist, bevor sie für die Übertragung von Daten pausieren muß. Es ist ihr
daher nicht erlaubt, weitere unbesetzte Plätze an sich zu nehmen
Jedoch kann die Station ein Versuchsbit in einen unbesetzten Platz
setzen, um zu testen, ob irgendeine andere Station auf dem Ring wartet
zu übertragen. Wenn so eine Station wartet, dann wird jene Station den
unbesetzten Platz an sich nehmen und das Versuchsbit löschen, das von
der Erststation gesetzt wurde, und dann wird die weitere Station eine
Möglichkeit haben, ihre zugewiesene Anzahl von d Plätzen zu übertragen.
Wenn sie ihre zugewiesene Anzahl übertragen hat, wird sie auch den
Ring testen. Dieser Vorgang wird fortfahren, bis eine Stufe erreicht
wird, wo es keine Stationen mehr gibt, die warten, um Daten zu
übertragen, und ein unbesetzter Platz mit seinem gesetzten Versuchsbit
wird an die Erststation zurückkehren, und diese Erststation antwortet
durch Setzen des Besetzt/Unbesetztbits (Bit 1), um einen Besetztzustand
anzuzeigen, und durch Übertragung des Platzes. Alle Stationen
antworten dann auf diese Kombination eines Platzes, der als besetzt
markiert ist und mit seinem eingeschalteten Versuchsbit, und ihre d
Zuordnungen werden zurückgesetzt. Dies ist bekannt als Rücksetzen
oder Auffrischen des Rings. Es sollte angemerkt werden, daß die Zeit,
zwischen der der erste Knoten einen Pausenzustand erreicht und der der
Ring aufgefrischt wird, gewöhnlich kurz ist im Vergleich mit der Zeit
zwischen jedem Auffrischen.
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Es soll angemerkt werden, daß d-werte gewählt werden können, um jede
Station mit der Bandbreite zu versehen, die sie erfordert wenn
angenommen wird, daß jede Station den gleichen d-Wert hat, dann wird
der augenblickliche Bedarf nach Bandbreite von Station zu Station
variieren, wobei sie höher ist z. B. an Stationen mit Videoübertragungen.
Einige Stationen können daher ihre d-Zuordnung viel schneller
verbrauchen als andere. Das oben beschriebene Protokoll versichert, daß die
erste Station, die ihre Zuordnung von d-Plätzen verbraucht,
vorübergehend pausiert, wobei sie anderen Stationen die Möglichkeit gibt,
irgendwelche Daten zu übertragen, die sich angesammelt haben, bevor
der Ring aufgefrischt wird und die Station mit hohem Bedarf
weitermachen kann. Auf diese weise ist den Stationen ein gleicher Anteil der
verfügbaren Bandbreite garantiert, wenn angefordert. Ein Ring mit voll
belasteten Stationen wird seine Bandbreite gleichmäßig mit einer
minimalen garantierten Bandbreite teilen, die an jeder Station verfügbar ist.
Dies ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Anordnung.
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In der Praxis kann gezeigt werden, daß Verzögerungen minimiert werden,
wenn die minimale garantierte Bandbreite für jede Station nahe an ihre
Anforderungen angepaßt wird. Dies kann erreicht werden, indem dem
d-Wert einer Station erlaubt wird, gemäß ihres erwarteten Bedarfs
gewählt zu werden. Dadurch kann z. B. einer Station als eine minimale
Bandbreite das Äquivalent eines Datenkanals gegeben werden, worauf sie
zusätzlich extra Bandbreite für Telefon und Video beanspruchen kann.
Betrachte eine Station, die einen einzelnen Videokanal von 32 Plätzen
verwendet in einer Wiederholungsperiode, die nicht größer als 2 msec ist.
Der interne Zähler der Station ist so gesetzt, daß er aussagen kann,
wenn 32 Plätze übertragen worden sind, infolgedessen sie in den Pausen
zustand eintritt und damit anderen Stationen erlaubt zu übertragen, bis
sie zurückgesetzt ist. Wenn der Ring gering belastet ist, wird
Auffrischen nach wenigen Ringrotationen eintreten und Stationen werden dann
in der Lage sein, extra Bandbreite an sich zu nehmen. Es kann
festgelegt sein, daß die Auffrischperiode nicht länger als 2 msec sein soll,
so daß es nicht genügend freie Plätze für einen Knoten geben würde,
um 32 Plätze an sich zu nehmen, um einen zusätzlichen Videoaufruf zu
machen (und ein Minimum von freien Plätzen zu belassen, so daß es
tatsächlich keine 100 % Benutzung des Rings gäbe), dann würde ein
Knoten nicht in der Lage sein, diese zusätzliche Belastung zu übertragen
und das würde blockiert sein. Alle Stationen sind in der Lage, für sich
selbst zu bestimmen, ob die Auffrischperiode zu nahe an 2 msec für sie
ist, um extra Bandbreite an sich zu nehmen. Die Steuerung des d-
Wertes wird ausgeführt unter Verwendung eines d-Schwellenspeichers an
jeder Station, der zwei gespeicherte Werte von d hält. Ein Wert, der
die momentane d-Zuordnung darstellt ist der Bezugswert, der den Eintritt
in den Pausenzustand steuert. Der andere ist die "nächste-d-Schwelle",
der den Bezugswert nach jedem Rücksetzen ersetzt. Sowohl Lese- als
auch Schreibzugriff ist bei /nächste-d-Schwelle" vorgesehen, was einem
separaten Belastungssteuerungsmodul die Steuerung des Wertes von d
erlaubt unter Verwendung eines Protokolls einer höheren Ebene entfernt
vom Ringprotokoll. Dies ist in größerem Detail unten mit Bezugnahme
auf Fig. 3 beschrieben. Wenn das maximal zulässige Rücksetzintervall
erhöht wird, kann das Belastungssteuerungsmodul dann den Wert von d
entsprechend erhöhen. Faktisch stellt das Protokoll eine garantierte
Bandbreite für eingerichtete Aufrufe bereit.
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Die Details der Steuerung der nächsten d-Schwelle sind wie folgt.
Zunächst wird die nächste-d-Schwelle initialisiert mit einem geeignet kleinen
Wert, z. B. nächste-d-Schwelle gleich 2. Die Absicht davon ist, Stationen
zu erlauben, die Betriebsarten mit langsamem Datenfluß und
Signalanforderungen zu unterstützen. Der Wert von 2 würde implizieren, daß,
wenn die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rücksetzungen sich 2
msec nähert, der Datendienst noch 128 kbits/sec sein würde, der an
jeder Station verfügbar ist unter der Annahme eines 128
bit-Platz-informationsfeldes. Der feste Dienst wird als der Hintergrunddienst
bezeichnet.
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Wenn weitere Verbindungen für langsame Daten auf dem Ring aufgebaut
werden, wird die Schwelle d nicht über den Hintergrundwert von 2
erhöht werden. Wenn es keine Echtzeitbetriebsarten gibt, werden die N-
Stationen in der Lage sein, 2 N-Plätze zur Verfügung zu stellen (unter
der Annahme eines Hintergrundes von 2 für alle Stationen) bevor alle
Stationen ihren Pausenzustand erreichen und Rücksetzen eintritt. Folglich
hat ein Ring, der nur mit Datenverbindungen belastet ist, kurze
Rücksetzintervalle, obwohl der Ring voll belastet sein kann, und jede
Station erhält eine große Bandbreite. Die Belastung von
Echtzeitaufrufen auf dem Ring können in einer gesteuerten Weise wie folgt aufgebaut
werden. Wenn eine neue Aufruf-Aufbau-Anforderung gemacht wird
(Sprache, Video oder schnelle Dateiübertragung), wird die momentane
durchschnittliche Rücksetzzeit untersucht. Wenn dies anzeigt, daß es
genügend freie Plätze innerhalb der 2 msec-Periode gibt, um die neue
Betriebsart zu unterstützen, dann wird die neue Aufrufanforderung
zugelassen. Die nächste-d-Schwelle wird dann aktualisiert durch einen für
die zusätzliche Verbindung geeigneten Wert (z. B. 2 MBit/sec Video
würde zusätzlich 32 erfordern, so daß die nächste-d-Schwelle dann 32
plus Hintergrund sein würde). Wenn Echtzeitaufrufe eingerichtet werden,
wirkt es sich so aus, daß die verfügbare Bandbreite für Aufrufe für
langsame Daten reduziert wird. In ähnlicher Weise wird bei Beendigung
eines Aufrufs die nächste-d-Schwelle entsprechend erniedrigt. Tatsächlich
können zusätzliche Schwellen für das mittlere Rücksetzintervall und für
jede Dienstzeit gesetzt werden, so daß eine Dienstanforderung blockiert
wird, wenn das momentane mittlere Rücksetzintervall oberhalb der
passenden Schwelle ist.
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Die maximal zulässige Periode zwischen Rücksetzungen wird bestimmt
gemäß den Anforderungen des Echtzeitdienstes auf dem Netzwerk. Für
Sprachaufrufe, die nicht auf dem öffentlichen Netz sind, sind maximal
zulässige Verzögerungen etwa 2 msec. Wenn kein anderer Echtzeitdienst
(wie Video) stärker eingeschränkte Verzögerungsanforderungen hat, dann
wird 2 msec als das maximale Verzögerungsintervall genommen.
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Wenn wegen irgendeines Grundes die mittlere Rücksetzzeit länger als 2
msec wird, kann der Hintergrunddienst vorübergehend gehemmt werden
(z. B. durch Erniedrigen der nächsten-d-Schwelle durch einen Wert gleich
dem Hintergrundwert). Die Wiederherstellung des Hintergrunds findet
wie folgt statt. Sobald die letzte Rücksetzzeit unter eine passende
Schwelle fällt (weniger als 2 msec) wird der Hintergrund
hinzugenommen. Dies geht weiter, bis der volle Hintergrund zurückgekehrt ist.
Auf diese Weise können die Rücksetzzeiten gesteuert werden, um
Dienste zuzulassen, die empfindlich auf Paketverlust sind.
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Es wird beobachtet, daß wenn einmal ein Aufruf aufgesetzt worden ist
und Bandbreite für ihn zugeordnet worden ist, dieser Aufruf in der Lage
sein wird, fortzufahren, bis er von der aufrufenden oder aufgerufenen
Partei beendet wird (sofern es z. B. keinen Knotenausfall gibt). Dies ist
im Gegensatz zu herkömmlichen Ringsystemen, wie z. B. dem
Cambridge-Ring, wo Überbelastungen zu Pufferüberläufen führen mit
nachfolgendem Paketverlust oder Verlangsamung der angehängten Geräte; dies
ist nicht annehmbar bei Echtzeitdiensten, wo Überlastungen vielmehr zu
nicht erfolgreichen Aufrufversuchen führen sollten als zu Verschlechterung
oder vorzeitiger Auflösung des laufenden Aufrufs.
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Bezugnehmend auf Fig. 3 zeigt dies eine mögliche Konstruktion einer
Station 10. Die Station weist eine Zugriffssteuereinheit 51 auf, die das
oben beschriebene Protokoll betreibt. Die Steuereinheit 51 weist einen
Referenzspeicher auf, der die zwei gespeicherten Werte von d für die
Station hält und vorgesehen ist zur Übertragung von Plätzen auf den
Ring 11 vom Übertragungspuffer 53. Er ist auch vorgesehen zum
Empfangen von Plätzen vom Ring in den Empfangspuffer 55.
Aktualisierungen der /nächsten-d-Schwelle" werden von der
Belastungsüberwachungseinrichtung 57 empfangen. Ein Puls wird an die
Belastungsüberwachungseinrichtung 57 gesendet bei jedem Rücksetzen. Die
Belastungsüberwachungseinrichtung zählt, wieviele Rücksetzsignalpulse empfangen werden
pro maximal zulässigem Rücksetzintervall, z. B. 2 msec. Information über
die Rücksetzrate wird auch an die Steuereinrichtung 59 übertragen, die
Anforderungen zum Aufsetzen eines Aufrufs auf dem normalen Weg von
den angehängten Geräten erhält. Ein neuer Aufruf, der erfordert, M
Plätze pro 2 msec Intervall zu senden, kann angenommen werden, wenn
die Anzahl der Rücksetzungen P pro 2 msec größer oder gleich ist als
M/L wobei L die Anzahl der Plätze auf dem Ring ist. Wenn das
Rücksetzintervall über 2 msec steigt, kann die
Belastungsüberwachungseinrichtung 57 die Schwelle d durch die Hintergrundzuordnung verringern.
Auf Anzeige vom Übertragungspuffer 53, daß ein weiterer Platz
angenommen werden kann, ruft ein Wählabrufer 61 die synchronen und
asynchronen Puffer 63 und 65 ab, die fertig zusammengestellte Plätze
enthalten, um zu sehen, welcher wartende Platz höhere Priorität hat, und
dieser Platz wird an den Übertragungspuffer 53 übertragen zur
Weiterübertragung auf den Ring 11. Die Annahmerate für Plätze mit niedriger
Priorität wird durch die Ringrücksetzrate gesteuert, wie nun erklärt
werden wird. Auf jedes Rücksetzen wird ein Rücksetzsignal an den
Abfrager 61 gesendet. Dies setzt einen Zähler innerhalb des Abfragers
zurück, was die Annahme eines Pakets mit niedriger Priorität ermöglicht,
bis der Zähler erfaßt, daß die Hintergrundzuordnung übertragen worden
ist. Eintragen von Paketen mit niedriger Priorität in den
Übertragungspuffer 53 schreitet dann fort, sobald der Übertragungspuffer 53 anzeigt,
daß ein weiteres Paket angenommen werden kann und vorausgesetzt, daß
kein Paket mit höherer Priorität wartet. Demnach ist die Rate des
Eintragens von Plätzen mit niedriger Priorität in den Puffer 53 gesteuert
durch die Rate des Aufnehmens von Rücksetzsignalen durch den
Abfrager 61, und die richtige Mischung von Paketen mit niedriger und
hoher Priorität wird an den Puffer 53 durch den Abfrager 61 geliefert.
Die Belastungsüberwachungseinrichtung 57 kann die Lieferung von
Rücksetzpulsen
an den Abfrager 61 hemmen, wenn das Rücksetzintervall über
2 msec Maximum steigt,
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Plätze für die Puffer 63 und 65 werden vom synchronen
Paket-Assembler/Disassembler (SPAD) 67 bzw. vom asynchronen
Paket-Assembler/Disassembler (APAD) 69 geliefert. SPAD 67 kreiert platzgrößengerechte
Pakete von einer Zeitmultiplex-(TDN)-Einrichtung 71, die eine
Endgeräteanlage (TE) (z. B. Telefone) 73 und Leitungseinheiten (LU) 75 aufweist,
die Signalinformationen an die Steuereinheit 59 senden. Mit jedem
Aufsetzen eines Aufrufs wird ein geeigneter Kennsatz durch die
Steuereinheit 59 aufgesetzt und an den SPAD 67 zur Benutzung auf
allen Plätzen für diesen Aufruf geliefert. Alle SPAD-Plätze haben hohe
Priorität und sind im Puffer 63 gespeichert.
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Die maximal zulässige Periode zwischen Rücksetzungen ist gemäß den
Anforderungen von Echtzeitdiensten auf dem Netz festgelegt. Für
Sprachaufrufe auf dem öffentlichen Netz sind die maximal zulässigen
Verzögerungen etwa 2 msec. Wenn kein anderer Echtzeitdienst (wie z. B.
Video) eine eingeschränktere Verzögerungsanforderung hat, dann wird
2 msec als das maximale Verzögerungsintervall genommen.
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Der APAD 69 erzeugt platzgrößengerechte Pakete von einem
ankommenden Datenpaketstrom von der Endgeräteausrüstung 77 (DTE) und
erzeugt und verifiziert eine Paketprüfsequenz. Normalerweise haben
Datenplätze niedrige Priorität. Wenn eine bestimmte Datenverbindung
garantierte Bandbreite erfordert, werden Signale an die Steuereinheit 59
und an eine Belastungsüberwachungseinrichtung 57 gesendet, um den
Wert von d in der Zugriffssteuerungseinrichtung 51 zu erhöhen. In
diesem Fall werden die entsprechenden Plätze für hohe Priorität
markiert.
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Fig. 4, 5, 6 bzw. 7 sind Flußdiagranime, die die Steuer-, Empfangs-,
Übertragungs- und Rücksetzfunktionen zusammenfassen, die von der
Zugriffssteuerungseinheit ausgeführt werden.
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Das oben beschriebene Ringnetz kann als lokales Netz (LAN) benutzt
werden, wo die Länge des Rings typischerweise ein paar Kilometer ist,
und etwa 20 bis 30 Stationen auf dem Ring mit Workstations, Computer;
VDUs, Telefonen etc. kommunizieren, um den Büroblock oder den
Standort, der durch das LAN bedient wird. Alternativ kann der Ring
viel kleiner sein (obwohl die Anzahl der Stationen ähnlich sein kann)
und zusammen mit anderen ähnlichen Ringen Teil einer
Hochgeschwindigkeitsvermittlung für Sprache, Daten etc. bilden. Für öffentliche
Vermittlung müßte das maximale Intervall zwischen zwei Rücksetzungen
kleiner als die Zahl von 2 msec sein, die oben für ein LAN benannt
wurde. Um CCITT-Anforderungen zu erfüllen, müßten Rücksetzungen
wenigstens alle 125 sec erfolgen.
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Jede Station, wie gezeigt in Fig. 3, ist mit Plätzen von verschiedenen
Quellen ausgestattet, z. B. Sprachplätzen von der Anlage 71 und
Datenplätzen von der Anlage 77. In einer Vermittlung erfordern Plätze
unterschiedlichen Typs, von einem Ring auf einen anderen übertragen zu
werden.
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Fig. 8 zeigt einen Multiplexer; der geeignet ist zum Multiplexen von
Plätzen von mehreren Puffern, die Warteschlangen von Plätzen enthalten,
auf ein Kommunikationsglied. Der Multiplexer verwendet im
wesentlichen das gleiche Protokoll wie der oben beschriebene Ring. Dies ist
vorteilhaft, weil es Plätzen ermöglicht, über das gesamte Netzsystem
übertragen zu werden, ohne Gateways benutzen zu müssen, um Plätze
umzubauen, um unterschiedliche Anforderungen für unterschiedliche Teile
des Systems zu erfüllen. Overheads beim Bewegen von einem Ring zum
Kommunikationsglied sind dadurch vermieden.
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Der Multiplexer 30 weist eine Anzahl von Eingangs-First-in-First out-
(FIFO)-Puffern auf, die Warteschlangen mit Blöcken fester Länge oder
Plätze enthalten, die die Übertragung auf ein Kommunikationsglied 40
erwarten. Drei Warteschlangen 31, 32 und 33 sind in Fig. 8 gezeigt aus
einer Gesamtheit von z. B. sechs oder sieben Warteschlangen. Die
Ausführungsform des unten beschriebenen Multiplexers 30 ist angepaßt,
um ein Protokoll zu verwenden, das sehr ähnlich ist jenem eines durch
Taktimpulse synchronisierten Ringnetzes, wie oben beschrieben mit Bezug
auf Fig. 1. Die Unterschiede zwischen den Protokollen treten auf, weil
der Kommunikationsgliedmultiplexer eine zentralisierte
Steuerungseinrichtung aufweist, während die Stationen auf dem Ring unabhängig
gesteuert sind. Die Steuerungseinrichtung des
Kommunikationsgliedmultiplexers kennt den Zustand von allen seinen Warteschlangen und
kann Rücksetzsignale erzeugen zu geeigneten Intervallen. Stationen auf
dem Ring im Pausenzustand haben Versuche auszuführen, um
herauszufinden, wann ein Rücksetzen auftreten kann. Eine Anzahl von Ringen
11, die zur Vermittlung oder als LANs eingesetzt werden, können
untereinander verbunden werden durch Multiplexer 30 wie gezeigt in Fig.
9.
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Wie gezeigt in Fig. 8, kommunizieren Warteschlangen 31, 32 und 33
über einen gemeinsamen Daten- und Steuerbus 34 mit einem
Übertragungs-FIFO-Puffer 35, der Plätze von den Warteschlangen auf das
Kommunikationsglied 40 überträgt.
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Eine Warteschlange ist vorgesehen für jeden Typ von Betriebsart, der
Zugriff auf das Kommunikationsglied 40 anfordert. Die Warteschlange
31
weist Datenplätze auf, für die Zugriff auf das Kommunikationsglied
nicht zeitkritisch ist. Andere Betriebsarten erfordern Zugriff auf das
Kommunikationsglied innerhalb festgelegter Perioden gemäß der Natur
der Betriebsart. Sprache z. B. kann einen Platz von 160 Bits senden
müssen mit einem 128 Bit Informationsfeld, wobei alle 2 msec Fehler
und Rang der Betriebsartspezifikation erfüllt werden muß. Sprachplätze
und irgendwelche andere Betriebsart, die einen Platz alle 2 msec senden
müssen, sind mit einer Warteschlange 33 versehen. Warteschlange 32 ist
für Videoplätze mit niedriger variabler Bitrate (VBR). Weitere
Warteschlangen (nicht gezeigt) sind für weitere synchrone Dienste mit
festgelegter und variabler Bitrate vorgesehen, die unterschiedliche
Verzögerungsgrenzen haben. Jede Warteschlange hat eine bezeichnete Priorität:
In diesem Beispiel hat die Warteschlange 33 (Sprache) die höchste
Priorität und Warteschlange 31 (Daten) die niedrigste Priorität. Priorität
ist durch Stellung festgelegt, wobei die höchste Prioritätswarteschlange auf
der linken und die niedrigste auf der rechten ist. Alternativ könnte die
Warteschlangenpriorität in einem Register gespeichert sein.
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Der Multiplexer weist eine Steuerungseinrichtung 42 auf, die mit dem
Bus 34 kommuniziert und die Zugriffssteuerungseinrichtung 41 und die
Belastungsüberwachungseinrichtung 36 aufweist. Die
Zugriffssteuerungseinrichtung 41 schließt einen Abrufmechanismus 43 ein, der die
Warteschlangen in Prioritätsordnung abruft, um zu sehen, ob sie einen
Platz zu übertragen haben. Der Abrufmechanismus schließt auch einen
Zähler (nicht gezeigt) für jede Warteschlange und einen Referenzspeicher
ein, der aus einem Lese- und Schreibspeicher besteht (nicht gezeigt), der
die momentane Schwelle oder die Zuordnung von Plätzen speichert für
jede Warte-schlange und auch einen "nächsten-Schwellen"-Wert. Die
Belastungsüberwachungseinrichtung 36 kommuniziert mit der
Zugriffssteuerungseinrichtung 41 und empfängt von der Steuerungseinrichtung 41
Datenleerlaufsignale auf der Leitung 37 und Rücksetzsignale auf der
Leitung 38. Die Belastungsüberwachungseinrichtung 36 gibt auch
Schwellensignale an die Steuerungseinrichtung 41 auf der Leitung 39 aus.
Unter Benutzung dieser Signale dient die
Belastungsüberwachungseinrichtung 36 in Verbindung mit der Zugriffssteuerungseinrichtung 41,
um dynamisch die jeder der Warteschlangen 31, 32 und 33 zugeordnete
Bandbreite zu variieren und damit eine minimale Bandbreitenzuordnung
für jede Warteschlange zu garantieren.
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Im Betrieb werden die Warteschlangen 31, 32 und 33 mit
Nachrichtenplätzen konstanter lange versorgt, die Übertragung über das Ausgangs-
Kommunikationsglied 40 erfordern.
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Wie oben beschrieben für einen durch Taktimpulse synchronisierten Ring,
darf jede Warteschlange eine Anzahl d von Plätzen übertragen, und
wenn eine Warteschlange ihre Zuordnung von d Plätzen übertragen hat,
wird sie von der Übertragung weiterer Plätze gehemmt, bis der dieser
Warteschlange zugeordnete Zähler rückgesetzt worden ist. Ein
Rücksetzen tritt nur ein, nachdem alle Warteschlangen die Gelegenheit
gehabt haben zum Übertragen ihrer vollen Zuordnung von Plätzen.
Einige Warteschlangen können leer sein oder leer werden, bevor ihre
volle Zuordnung von d Plätzen auf das Kommunikationsglied 40
übertragen worden ist; diese jedoch, zusammen mit Warteschlangen, die
ihre d-Zuordnung übertragen haben, werden ihre Zähler veranlassen
zurückzusetzen, sobald keine Warteschlange irgendeinen weiteren Platz
übertragen kann. Natürlich sind, anders als der durch Taktimpulse
synchronisierte Ring, alle wartenden Plätze volle Plätze, und Schreiben in
das Steuerfeld ist nicht notwendig: Die Plätze werden auf das
Kommunikationsglied übertragen, ohne daß irgendwelche Bits geändert
werden. Jede Warteschlange kann einen unterschiedlichen Wert für d
haben, und der Wert von d für jede Warteschlange kann variiert werden.
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Der Betrieb des Multiplexers wird nun in größerem Detail beschrieben
werden.
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Der Übertragungspuffer 35 muß mit Plätzen von den Warteschlangen 31,
32 und 33 bei einer Rate versorgt werden, bei der er Plätze auf das
Kommunikationsglied 40 ablegen kann. Der Abfragemechanismus 43
führt die folgende Sequenz aus, um Plätze an den Puffer 35 bei der
erforderlichen Rate zu übertragen. Die Sequenz wird eingeleitet auf
Erfassung eines Eingangs-Bereitsignals (logisch 1) auf den
Übertragungspuffer 35 durch den Abfrager 43. Der Abfrager 43 prüft
die höchste Prioritätswarteschlange (Warteschlange 33) auf ein Ausgangs-
Bereitsignal und prüft auch das Statusregister; um zu sehen, ob die
Warteschlange vom Senden weiterer Plätze gehemmt ist (d. h., wenn sie
in einem "Pausen-"Zustand ist - der logisch 0 ist). Wenn die
Warteschlange 33 einen Platz zu übertragen hat und sie nicht gehemmt
ist (beide logische 1-Zustände), wird ein Ausgangs-Aktivierungssignal auf
ihren Puffer gelegt, und der Platz wird auf den Bus 34 gelegt und an
den Puffer 35 weitergereicht zur Übertragung auf das
Kommunikationsglied 40. Der Zähler in der Zugriffssteuerungseinrichtung 41, der der
Warteschlange 33 zugeordnet ist, wird um 1 erhöht. Wenn der Abfrager
43 dann ein Eingangs-Bereitsignal auf dem Ausgangspuffer 35 erfaßt,
wird dieses Verfahren wiederholt. Sobald die volle Zuordnung von d
Plätzen für die Warteschlange 33 auf das Kommunikationsglied 40
übertragen worden ist, enthält der Zähler für diese Warteschlange den
Wert d, das Statusregister für die Warteschlange 33 markiert diese
Warteschlange als gehemmt und die Warteschlange 33 tritt in den
/Pausen-"Zustand ein. In diesem Zustand ist die Warteschlange 33 vom
Übertragen weiterer Plätze behindert, bis ihr Zähler rückgesetzt ist.
Abfrager 43 wird nun keine zwei logische 1-Zustände für die
Warteschlange 33 erfassen und bewegt die Warte-schlange nach rechts
(nicht gezeigt), die die nächsthöhere Priorität aufweist. Wenn diese
Warteschlange keine Plätze zu übertragen hat, wird die nächste
Warteschlange zur rechten, z. B. Warteschlange 32, abgefragt und ein
wartender Platz wird auf die Leitung 40 übertragen. Wenn während der
Übertragung jenes Platzes ein neuer Platz an der Warteschlange mit
höherer Priorität zur linken (vorher leer) ankommt, wird jener Platz der
nächste zu übertragende sein, weil der Abfrager immer zur
Warteschlange mit der höchsten Priorität zurückkehrt, wenn ein Eingangs-
Bereitsignal am Puffer 35 erfaßt wird. Das System schreitet daher in
Richtung einer Situation fort, in der alle Warteschlangen entweder in
einem Pausenzustand (d. h. gehemmt) oder einem Leerlaufzustand sind,
in dem keine Plätze auf Übertragung warten.
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Wenn der Abfragemechanismus herausfindet, daß keine Plätze ausgewählt
werden können, veranlaßt er ein Rücksetzen von allen
Warteschlangenzählern, und zur gleichen Zeit sendet er einen Rücksetzpuls an die
Belastungsüberwachungseinrichtung 36 über die Rücksetzleitung 38. Die
Belastungsüberwachungseinrichtung 36 hält eine Zählung der Anzahl der
Rücksetzpulse fest, die in einem gegebenen Zeitintervall empfangen
worden sind. Jedes Auftreten eines Rücksetzens entspricht einem Platz
auf dem Ausgangsglied 40, der unbenutzt bleibt, und die Frequenz des
Rücksetzens legt die Reservekapazität fest, die auf dem Glied 40
verfügbar ist. Die Belastungsüberwachungseinrichtung 36 verwendet die Rate
des Rücksetzens, um Aufrufannahme für synchrone zeitkritische
Betriebsarten, wie z. B. Sprache, wie unten beschrieben, festzulegen.
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Der Wert der Schwelle d für jede Warteschlange ist die maximale
Anzahl von Plätzen, die die Warteschlange auf das Glied 40 zwischen
Rücksetzungen übertragen kann. Diese maximale Zeit zwischen
Rücksetzungen ist die Zeit für die volle Zuordnung von Plätzen, die von allen
Warteschlangen übertragen werden sollen. Um die strenge
Zeiteinschränkung zu erfüllen, die den synchronen Betriebsarten wie z. B. 64 kbit/sec
Sprache auferlegt ist, ist es für Verzögerungen zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Plätzen, die mit einem bestimmten Aufruf zusammenhängen
(wobei jeder ein 128 Bit Informationsfeld aufweist), notwendig, weniger
als z. B. 2 msec zu sein. Die maximale Zeit zwischen Rücksetzungen
muß gewählt werden gemäß der Verzögerungsgrenze der Warteschlange,
die die strengsten Zeiteinschränkungen aufweist. Wenn eine
Warteschlange alle 62,5 sec einen Platz senden muß und andere
Warteschlangen maximale Verzögerungen von 2 msec oder mehr
aufweisen, wird 62,5 sec als das maximal zulässige Intervall zwischen
Rücksetzungen genommen. Angenommen zum Beispiel, Warteschlange
33 bedient 64 eingerichtete 64 kbit/s-Sprachaufrufe bedient, wobei
erforderlich ist, daß alle 2 msec ein Datenplatz angeboten wird, und das
maximal zulässige Intervall zwischen Rücksetzungen beträgt 62,5 usec.
In diesem Fall muß die Schwelle für die Warteschlange 33 2 sein, um
die Aufrufe ohne unakzeptable Verzögerungen zu handhaben. Es gibt
daher eine garantierte minimale Annahmerate von 64 Plätzen pro 2 msec
Intervall, und der Warteschlange 33 wird die erforderliche Bandbreite
garantiert, um ihre Aufrufe zu bedienen. Die
Belastungsüberwachungseinrichtung 36 wird verwendet, um synchrone Betriebsarten zu
überwachen und um dynamische Anpassungen an die Schwellen für
Warteschlangen der synchronen Betriebsarten zu machen, um die Anzahl
der laufenden Aufrufe anzupassen, während das Rücksetzintervall unter
dem zulässigen Maximum gehalten wird. Das erstere ist über eine
Leitung 39 zwischen der Belastungsüberwachungseinrichtung 36 und dem
Abfragemechanismus in der Zugriffssteuerungseinrichtung 41 eingerichtet.
Es gibt zwei gespeicherte Werte jeder Warteschlangenschwelle, die von
dem Abfrager 43 in seinem Referenzspeicher verwaltet werden. Ein
Wert, der die momentane Bandbreitenzuordnung (d) für die
Warteschlange darstellt, ist der Referenzwert, der den Eintritt in den
Pausenzustand für das momentane Rücksetzintervall steuert. Der andere
Wert, bekannt als nächste Schwelle, wird an den Datenplatz des
existierenden Wertes geladen als die neue Bandbreitenzuordnung (d) bei
jeder Rücksetzung. Sowohl Lese- als auch Schreibzugriff ist der
Belastungsüberwachungseinrichtung 36 bei nächster-Schwelle ermöglicht.
Wenn eine neue Verbindung für die Warteschlange 33 aufgebaut wird,
wird die Anzahl von Nachrichtenplätzen, die der neue Aufruf erfordern
wird, um innerhalb einer gegebenen Betriebsartverzögerungsgrenze zu
senden, an die Belastungsüberwachungseinrichtung 36 gesendet. Im
obigen Beispiel weist der Nachrichtendatenplatz ein Informationsfeld von
128 Bits auf, und ein neuer 64 kbit/s-Sprachaufruf wird erfordern, einen
Datenplatz innerhalb jeder 2 msec-Periode zu senden, die aus
Wirtschaftlichkeitsgründen als die Betriebsartverzögerungsgrenze gewählt
ist. Die Belastungsüberwachungseinrichtung 36 paßt die Schwelle an, um
die richtige garantierte Aufruf-Annahmerate zu erhalten. Daher; wenn
das maximal zulässige Rücksetzintervall 62,5 sec beträgt, würde die
Schwelle für jede der zusätzlichen 32 64 kbit/s-Sprachverbindungen, die
auf dem Glied 40 eingerichtet sind, um 1 erhöht werden müssen.
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Vor Anpassen der Schwelle muß die Belastungsüberwachungseinrichtung
36 prüfen, daß die Annahme der neuen Sprachverbindungen nicht das
Rücksetzintervall über das maximal zulässige Rücksetzintervall steigen
wird. Eine Verbindung für einen neuen Aufruf für Warteschlange 33
wird nur eingerichtet, wenn die Frequenz der Rücksetzungen das
garantierte Minimum überschreitet. Zum Beispiel bei einem gegebenen
maximalen
zulässigen Rücksetzintervall von 62,5 msec beträgt die gezielte
Minimalanzahl von Rücksetzungen in jeder 2 msec-Periode 32. Damit
kann eine neue 64 kbit/s-Sprachverbindung, die einen Datenplatz alle 2
msec anbietet nur eingerichtet werden, wenn es gerade wenigstens 33
Rücksetzungen pro 2 msec gibt.
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Es wird erkannt werden, daß Warteschlangen gemäß der Natur der
Betriebsarten aufgesetzt werden, die den Multiplexer verwenden. Zum
Beispiel werden Betriebsarten mit synchroner konstanter Bitrate (SBR),
die eine maximale Zugriffsverzögerung auf das Glied von 125 usec
erfordern, einer Warteschlange zugeordnet und SBR-Betriebsarten mit
einer maximalen Verzögerungsgrenze von 2 msec an eine andere:
Zusätzliche Warteschlangen können für weitere SBR-Betriebsarten
vorgesehen sein und Betriebsarten bei dynamisch veränderlichen Bitraten
(VBR) mit unterschiedlichen mittleren maximalen Verzögerungsintervallen.
Normalerweise muß nur eine Warteschlange für Daten vorgesehen
werden.
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Der Gliedmultiplexer von Fig. 8, ungleich dem Ring von Fig. 1, weist
eine zentralisierte Steuerungseinrichtung 42 auf, die eine
Belastungsüberwachungseinrichtung 36 und eine Zugriffssteuerungseinrichtung
einschließt. Die Steuerung durch die Belastungsüberwachungseinrichtung 36
ist beschränkt auf verzögerungskritische synchrone Betriebsarten. Für die
Warteschlange 31 gibt es eine feste Schwelle. Diese ist gewählt, daß sie
einen kleinen Wert beträgt, zum Beispiel 1, um eine annehmbare
minimale Bandbreite auf dem Glied 40 zu versichern, auch wenn
Rücksetzungen ausgebreitet sind über das gezielte Maximalintervall. Jedoch, wenn
das Glied 40 hauptsächlich oder ganz durch Daten belastet ist, werden
Rücksetzungen sehr häufig sein. Dadurch wird von der
Datenwarteschlange 31 eine hohe Bandbreite erhalten, wenn wenige zeitempfindliche
Betriebsarten mit dem Multiplexer verbunden sind. In der Situation, wo
synchrone Verbindungen auf dem Glied 40 eingerichtet werden, das
vorher nur von Datennachrichtenplätzen belastet war, wird die
Rücksetzzählung anfänglich hoch sein, obwohl das Glied 40 voll belastet gewesen
sein kann. Diese hohe Rücksetzzählung zeigt an, daß mehr zeitkritische
Aufrufe angenommen werden können und die Schwelle für Warteschlange
33 erhöht werden kann. Damit schreitet das Aufsetzen von
Sprachaufrufen fort und die Schwelle für ihre Warteschlange 33 wird passend erhöht.
Dies reduziert die Rücksetzzählung, was bedeutet, daß die
Datenwarteschlange 31 eine geringere Bandbreitenzuweisung erhält. Damit ist eine
dynamisch angepaßte Grenze für die Zuordnung von Bandbreite auf dem
Glied 40 vorgesehen für synchrone und asynchrone Benutzung.
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Um eine Abschätzung der Reservedatenkapazität anzugeben, liefert der
Abfragemechanismus in der Zugriffssteuerungseinrichtung 41 einen Puls
über die Leitung 37 an die Belastungsüberwachungseinrichtung 36 für
jede Leerlaufrücksetzung der Datenwarteschlange 31 (d. h., einer
Rücksetzung, die eintrat, wenn die Datenschwelle nicht erreicht worden ist).
Damit, wenn eine 2 msec-Periode zum Beispiel zehn
Leerlaufrücksetzungen enthalten würde, würde dies anzeigen, daß eine neue
Datenverbindung aufgebaut werden könnte, die anforderte, ein Maximum von
zehn Plätzen alle 2 msec zu senden. Jedoch ist dieses Maximum nicht
garantiert; die Hauptabsicht der Zählung ist, unnötiger Belastung bzw.
unnötigem Laden der Datenwarteschlange 31 durch neue Verbindungen
vorzubeugen, wenn existierende Kapazität voll ausgenutzt wird.
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Um eine Verbindung bei variabler Bitrate (VBR) aufzubauen, wird die
Schwelle für Warteschlange 32 aktualisiert. Die
Belastungsüberwachungseinrichtung 36 paßt das Schwelleninkrement für eine geschätzte
mittlere Rate von Übertragungen der Verbindung an. Videobetriebsarten
sind Zeitbeschränkungen unterworfen in der gleichen Weise wie
Sprachbetriebsarten; jedoch, um die Kosten für Videokunden niedrig zu halten,
werden hochgradige Videokanäle Kunden nur dann verfügbar gemacht,
wenn das System gering belastet ist. Dies wird erreicht durch Setzen
der Schwelle (d) für die Warteschlange 32 niedriger als die maximale
Bandbreite. Meistens wird die Frequenz von Rücksetzungen viel
schneller sein als die minimale Frequenz und die Videowarteschlange wird in
der Lage sein, die erforderliche Anzahl von Plätzen auf das Glied 40 zu
legen. Wenn jedoch die anderen Warteschlangen besetzt werden und die
Zeit zwischen Rücksetzungen sich dem Maximum nähert, steht nur eine
minimale Bandbreite den Videokunden zur Verfügung. Die Erlaubnis
zum Einrichten einer neuen VBR-Verbindung wird die momentane
Rücksetzzählung verwenden genau wie für synchrone Verbindungen bei
fester Bitrate, wie zum Beispiel Sprachaufrufe.
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Zusätzlich zu den Verfahren zum Einschränken der Belastung, uni ein
begrenztes Rücksetzintervall aufrechtzuerhalten, registriert der
Abfragemechanismus eine Überlastbedingung, wenn er nicht in der Lage ist, ein
Rücksetzen innerhalb des maximalen Intervalls durchzuführen. An
diesem Punkt veranlaßt er sofort alle Warteschlangenzähler; rückgesetzt zu
werden, wobei Warteschlangen mit hoher Priorität ermöglicht wird, den
Dienst aufzunehmen.
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Der Ausgangspuffer 35 ist verantwortlich für das Senden eines
Paketausrichtplatzes in regelmäßigen Intervallen, uni einem entfernten
Empfänger auf dem Glied 40 zu ermöglichen, mit dem ausgehenden
Nachrichtenplatzstrom synchronisiert zu werden. Der Ausgangspuffer 40 enthält
auch ein Register; um das Glied 40 mit einem durchlaufenden besetzten
Datenplatz zu versehen, der auf das Glied gelegt werden soll, wenn kein
Datenplatz von irgendeiner der Warteschlangen 31, 32 und 33 empfangen
wird, d. h., wenn kein Datenplatz von den Warteschlangen gewählt
werden kann und ein Rücksetzen stattfindet.
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Fig. 9 zeigt drei Ringe 11, die für Vermittlungszwecke verwendet werden
und die durch die Glieder 40 untereinander verbunden sind. Jeder Ring
weist eine Station 10' auf, die Zugriff auf die Glieder 40 zur Verfügung
stellen. Die Stationen 10' sind die gleichen wie die Stationen 10 gezeigt
in Fig. 3, außer daß sie auch Puffer für Warteschlangen von Plätzen (31,
32, 33 etc.), einen Übertragungspuffer 35 und eine Steuerungseinrichtung
42 einschließen für jedes Glied 40, das an jede Station 10' angeschlossen
ist.