DE3640849C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Verteilerkoppelnetz zur Durchschaltung von breitbandigen Signalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit der geplanten Einführung von Breitband-Verteildiensten in der Weise, daß die Teilnehmer über ihren individuellen Anschluß gezielt auf zentrale Bibliotheken (z. B. Audio- und Videokonserven sowie Audio- und Videosender) zugreifen können, gewinnt das Problem der Verteilvermittlung zunehmend an Bedeutung.

An eine Bibliothek mit N Angeboten könnte im einfachsten Falle jeder Teilnehmer mit einem N : 1-Koppelfeld (N Eingänge und ein Ausgang) angeschlossen werden. Andererseits müßte für eine Anzahl von T (wobei T<N) anzuschließender Teilnehmer jeder Bibliotheksausgang auf eine Anzahl T von Koppelfeldern vervielfacht werden.

Dieser Aufwand kann verringert werden, wenn jeweils eine Gruppe von G=N Teilnehmern gebildet wird und diese über eine quadratische Koppelfeldmatrix der Größe N angeschlossen wird. Die Vervielfachung beträgt in diesem Fall nur T/G. Auch in diesem Fall sind pro Teilnehmer N Koppelpunkte erforderlich. Bei einer Bibliothek mit N Angeboten <36 ist diese Grenze praktisch nicht zu unterschreiten.

Für eine größere Anzahl von N Angeboten läßt sich die Anzahl der Koppelpunkte pro Teilnehmer durch Anwendung mehrstufiger Koppelfelder reduzieren. Wird unter Beachtung der Clos-Bedingung eine Expansion in den Koppelstufen vorgenommen, so ist ein derartig ausgestaltetes Koppelfeld für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung oder eine Punkt-zu-Bündel-Verbindung blockierungsfrei. Dies gilt jedoch nicht für eine Verteilvermittlung, wenn die Zwischenleitungen zwischen den einzelnen Koppelvielfachen der Koppelstufen wie bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung teilnehmerindividuell belegt werden. Dies ergibt sich daraus, daß die N Angebote, welche jeweils einem Koppelvielfach in der ersten Koppelstufe mit n Eingängen und m Ausgängen zugeführt werden, gleichzeitig höchstens von m Teilnehmern empfangen werden.

In NTG-Fachberichte 88, "Wege zum integrierten Kommunikationsnetz", erschienen im VDE-Verlag Berlin, Seiten 226 bis 233, sind in einem Aufsatz von Werner Schmidt Strukturen von Verteilkoppelnetzen näher beschrieben und erläutert worden. Für den Aufbau von blockierungsfreien Koppelnetzen ist es demnach erforderlich, eine Expansion in den Koppelstufen vorzunehmen, wobei bei einem dreistufigen Koppelfeld und für eine blockierungsfreie Anordnung, eine Anzahl von Koppelvielfachen in der zweiten Koppelstufe weit über die Anzahl entsprechend der Clos-Bedingung erforderlich ist.

In diesem Aufsatz wird deshalb ein anderer Weg untersucht wie, unter Verwendung bedingt blockierungsfreier Koppelnetze, durch entsprechende Steuerung, das Umsortieren bestehender Verbindungen vorgenommen werden kann, damit mit großer Wahrscheinlichkeit die Verbindungswünsche realisiert werden können. Nimmt man den Nachteil einer bedingten Blockierung und den erhöhten Steuerungsaufwand in Kauf, so kann der relative Koppelpunktaufwand des bedingt blockierungsfreien Verteilkoppelnetzes im Vergleich zu einem blockierungsfreien Verteilkoppelnetz reduziert werden. Es sei noch erwähnt, daß auf Seite 227, 1. Absatz, auf die Möglichkeit hingewiesen wird, die bestehenden Verbindungen zu den mittleren Koppelvielfachen bei einem dreistufigen Verteilkoppelfeld mehrfach zu nutzen. Wie dies technisch zu realisieren ist, ist dem Aufsatz nicht zu entnehmen.

Weiterhin ist aus der EP-B1 00 28 416 ein Breitband-Vermittlungssystem bekannt, bei dem die Eingangssignale mittels Verknüpfungsgliedern aufgefächert werden, bevor eine Durchschaltung über die mit diesen Verknüpfungsgliedern verbundenen Koppelpunktschaltern vorgenommen wird. Die Verknüpfungsglieder können durch entsprechende Entriegelungssignale entriegelt werden, so daß ein bestimmter Verbindungsweg für das Breitbandsignal zu den Koppelpunktschaltern zur Verfügung steht. Durch Anwendung der Zeitmultiplextechnik kann eine weitere Auffächerung des Breitbandsignals auf eine Mehrzahl von Zeitkanälen und entsprechenden Mehrzahl von Leitungspfaden vorgenommen werden. Dadurch kann, in einem Breitband-Vermittlungssystem mit einem Zeitmultiplexkoppelfeld und unter Verwendung entsprechend mehrstufiger Auffächerung, eine Programmquelle einer Vielzahl von Teilnehmern zur Verfügung gestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrstufiges Verteilkoppelfeld derart auszugestalten, daß dieses blockierungsfrei ist und bei dem keine Umsortierung bestehender Verbindungen erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein mehrstufiges Vertilkoppelfeld mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen mehrstufigen Verteilkoppelfeld werden also an eine bereits bestehende Verbindung weitere Verbindungen angehängt, sofern dies möglich ist, d. h. sofern der gewünschte Eingang bereits zu einem Koppelvielfach der p-ten Stufe bzw. (p-1)-ten Stufe durchgeschaltet ist. Dadurch, daß in den Koppelvielfachen aller p-Stufen Verzweigungen schaltbar sind, kann auf überraschend einfache Art und Weise ein blockierungsfreies Verteilkoppelfeld realisiert werden, bei dem keine Umsortierung bestehender Verbindungen vorzunehmen ist und bei dem auch nicht der Aufwand für eine fest vorgegebene, mehrstufige Auffächerung erforderlich ist.

Zuerst wird dabei geprüft, ob das breitbandige Signal bereits zu dem Koppelvielfach der p-ten Koppelstufe, die mit den Teilnehmern verbunden ist, geführt ist. Ist dies der Fall, wird eine weitere Verzweigung in diesem Koppelvielfach geschaltet. Ist dies nicht der Fall, wird in der (p-1)ten Koppelstufe überprüft, ob bis zu dieser Koppelstufe das breitbandige Signal durchgeschaltet ist. Ist eine Durchschaltung vorhanden, wird als nächstes geprüft, ob eine freie Zwischenleitung zur p-ten Koppelstufe vorhanden ist. Die Verzweigung wird dann in einem Koppelvielfach der (p-1)-ten Koppelstufe geschaltet. Die Verbindungen werden jeweils in den Belegungstabellen gespeichert. Dieses Verteilkoppelfeld weist den Vorteil auf, daß ein geringer Speicherplatzbedarf für die Belegungstabellen erforderlich ist und daß die Rechenzeit für das Überprüfen der Verbindungswege anhand der Belegungstabellen kurz ist.

Das dreistufige Verteilkoppelfeld gemäß Patentanspruch 2 weist den Vorteil auf, daß nur kurze Suchschleifen vorhanden und andererseits die meisten Eintragungen in den Belegungstabellen unmittelbar adressiert werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Struktur des erfindungsgemäßen Verteilkoppelfelds mit schaltbaren Verzweigungen und

Fig. 2 eine Ausführungsform mit Zweierbündeln als Zwischenleitungen.

Fig. 1 zeigt den Anschluß von N Angeboten bzw. Eingangsleitungen und S Teilnehmern bzw. Ausgangsleitungen an das erfindungsgemäße Verteilkoppelfeld. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eines dreistufigen Verteilkoppelfelds, sind Verzweigungen in den Koppelvielfachen MM(i) der zweiten Koppelstufe und in den Koppelvielfachen AM(q) der dritten Koppelstufe schaltbar. An jedes Koppelvielfach EM(v) der ersten Koppelfeldstufe sind jeweils n Eingangsleitungen E(v,w) und m Zwischenleitungen angeschlossen. Die Koppelvielfache MM(i) der zweiten Koppelfeldstufe sind quadratisch und weisen jeweils k Eingangs- bzw. Ausgangsleitungen auf. An die Koppelvielfache AM(q) der dritten Koppelfeldstufe sind jeweils m Zwischenleitungen und s Ausgangsleitungen A(q,r) angeschlossen.

Der Verbindungsaufbau zwischen der Eingangsleitung E(v,w) und der Ausgangsleitung A(q,r) wird im folgenden näher beschrieben und erläutert. Dabei bedeutet A(q,r) : r-te Ausgangsleitung des q-ten Koppelvielfachs der dritten (im allgemeinen p-ten) Koppelstufe und E(v,w) : die w-te Eingangsleitung des v-ten Koppelvielfachs der ersten Koppelfeldstufe.

Anhand von Belegungstabellen wird zunächst geprüft, ob die Eingangsleitung E(v,w) bereits zum betreffenden Koppelvielfach AM(g) der dritten Koppelfeldstufe durchgeschaltet ist.

Falls dies der Fall ist, wird die neue Verbindung lediglich in dem betreffenden Koppelvielfach Am(q) der dritten Koppelfeldstufe durchgeschaltet und die entsprechende Eintragung in der Belegungstabelle vorgenommen.

Falls dies nicht der Fall ist, wird in einem Prüfzyklus von i=1 bis i=m geprüft, ob die Eingangsleitung E(v,w) bereits zu diesem Koppelvielfach MM(i) der zweiten Koppelfeldstufe durchgeschaltet ist.

Falls eine solche Durchschaltung existiert, wird der Prüfzyklus verlassen, und es wird danach überprüft, ob vom Koppelvielfach MM(i) der zweiten Koppelfeldstufe eine freie Leitung zum Koppelvielfach AM(q) der dritten Koppelfeldstufe vorhanden ist. Ist dies der Fall, wird die Verbindung in dem Koppelvielfach MM(i) der zweiten Koppelfeldstufe und im Koppelvielfach AM(q) der dritten Koppelfeldstufe geschaltet und in den Belegungstabellen eine entsprechende Eintragung vorgenommen.

Falls in keinem Koppelvielfach MM(i) der zweiten Koppelfeldstufe eine Verzweigung schaltbar ist, wird wie bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung in bekannter Weise ein Koppelvielfach MM(j) in der zweiten Koppelfeldstufe gesucht, welches sowohl zum Koppelvielfach AM(q) der dritten Koppelfeldstufe als auch zum Koppelvielfach EM(v) der ersten Koppelfeldstufe eine freie Leitung hat. Die Verbindung wird in den entsprechenden Koppelvielfachen EM(v), MM(j) und AM(q) geschaltet und in den Belegungstabellen ein entsprechender Eintrag vorgenommen.

Falls kein Koppelvielfach MM(j) der zweiten Koppelfeldstufe gefunden werden würde, entspräche dies einer Blockierung. Wie jedoch umfangreiche Untersuchungen und Simulationsläufe ergaben, ist dieser Fall bei entsprechender Dimensionierung des Verteilkoppelfelds zuverlässig zu verhindern.

Beim Auslösen (Löschen) einer Verbindung laufen die vorstehend geschilderten Verbindungsaufbauschritte in umgekehrter Richtung ab. Beginnend mit dem Koppelvielfach AM(q) der dritten Koppelfeldstufe wird der Verbindungsweg bis zum Koppelvielfach EM(v) der ersten Koppelfeldstufe verfolgt und jeweils überprüft, ob mindestens eine Verzweigung durchgeschaltet worden ist oder nicht. Ist eine Verzweigung in einer der Koppelfeldstufen durchgeschaltet, so wird die Verbindung nur bis zu diesem Abzweig ausgelöst. Der zugehörige Tabelleneintrag wird korrigiert bzw. gelöscht.

Bei einem dreistufigen Verteilkoppelfeld sind jedem Ausgang A(q,r) der Koppelvielfache aM(q) der dritten Koppelfeldstufe drei Tabellenplätze EMA(q,r), EKA(q,r) und MMi(q,r), jedem Eingang der dritten Koppelstufe ein Tabellenplatz COA(q,i) und jedem Ausgang der Koppelvielfache EM(v) der ersten Koppelfeldstufe zwei Tabellen EKE(v,i) und COM(v,i) zugeordnet. Die vorgenannten Indizes haben die folgende Bedeutung:

q = Index des Koppelvielfachs der p-ten Stufe,
r = Ausgangsleitung des Koppelvielfachs der p-ten Stufe,
i = Koppelvielfach der (p-1)-ten Koppelfeldstufe,
v = Koppelvielfach der ersten Koppelfeldstufe,
w = Eingangsleitung des Koppelvielfachs der ersten Koppelfeldstufe.

Bei dieser Index-Vergabe wird im Prinzip davon Gebrauch gemacht, daß beispielsweise bei einem dreistufigen Verteilkoppelfeld der Index des Koppelvielfachs der zweiten Koppelfeldstufe, wegen der kanonischen Zwischenleitungsführung, gleichzeitig die jeweils i-te Ausgangsleitung eines Koppelvielfachs der ersten Koppelfeldstufe und die i-te Eingangsleitung eines Koppelvielfachs der dritten Koppelfeldstufe bezeichnet. Mit COA bzw. COM sind die Verzweigungen in der dritten bzw. zweiten Koppelfeldstufe bezeichnet.

Die Speicherplätze freier Leitungen enthalten einen Zahlenwert, welcher als "frei" erkannt wird. Im Falle einer "Erstverbindung", z. B. die Ausgangsleitung A(q,r) sei mit der Eingangsleitung E(v,w) verbunden, werden folgende Eintragungen in den Belegungstabellen vorgenommen:

EMA(q,r) = v
EKA(q,r) = w
MMI(q,r) = i
COA(q,i) = 1
COM(v,i) = 1
EKE(v,i) = w

Soll eine weitere Verbindung zu einem anderen Teilnehmer, welcher an das Koppelvielfach AM(q′) der p-ten Koppelfeldstufe und Leitung r′ angeschlossen ist, ebenfalls mit der Eingangsleitung E(v,w) der ersten Koppelfeldstufe hergestellt werden, so ist eine Verzweigung in dem Koppelvielfach MM(i) der (p-1)-ten Koppelfeldstufe vorzunehmen, wenn die i-te Eingangsleitung des Koppelvielfachs AM(q′) der p-ten Koppelfeldstufe frei ist. Dabei werden in den Belegungstabellen folgende Eintragungen vorgenommen:

EMA(q′,r′) = v
EKA(q′,r′) = w
MMI(q′,r′) = i
COA(q′,i) = 1
COM(v,i) = COM(v,i)+1

Durch COM(v,1)<1 wird angezeigt, daß im Koppelvielfach MM(i) der zweiten Koppelfeldstufe verzweigt worden ist.

Hat ein dritter Teilnehmer, welcher an das Koppelvielfach AM(q) der dritten Koppelfeldstufe und der Leitung r′′ angeschlossen ist, den gleichen Verbindungswunsch, so wird in dem Koppelvielfach AM(q) der dritten Koppelfeldstufe verzweigt und in den Belegungstabellen werden folgende Eintragungen vorgenommen:

EMA(q,r′′) = v
EKA(q,r′′) = w
MMI(q,r′′) = i
COA(q,i) = COA(q,i) + 1

Mittels COA(q,i)<1 wird angezeigt, daß in dem Koppelvielfach AM(q) der dritten Koppelfeldstufe Abzweigungen geschaltet worden sind.

Soll eine Verbindung ausgelöst werden, so sind die Indizes q und r bekannt. Die Indizes v,w und i werden aus EMA(q,r), EKA(q,r) und MMI(q,r) zurückgelesen und anschließend die Speicher der Belegungstabellen auf "frei" gesetzt. Danach wird COA(q,i) dekrementeirt. Ist nach diesem Vorgang COA(q,i) größer 0, so existiert im Koppelvielfach AM(q) der dritten Koppelfeldstufe mindestens noch eine Verbindung mit (v,w) und der Auslösevorgang ist beendet.

War COA(q,r)=0, dann wird auch COM(v,i) dekrementiert und falls dieser Zähler jetzt gleich Null ist, wird schließlich noch EKE(v,i) gelöscht.

Neben den Eintragungen in den Belegungstabellen sind die entsprechenden Schaltvorgänge in den Koppelvielfachen der Koppelstufen vorzunehmen. Für eine vollständige Verbindung, z. B. vom Eingang E(v,w) über das Koppelvielfach MM(i) der zweiten Koppelfeldstufe zum Ausgang A(q,r), sind folgende Einstellungen erforderlich:

Bei gegebener Anzahl N von Angeboten wird für Koppelfelder, welche der Clos′schen Bedingung genügen, die Anzahl der Koppelpunkte für n=sqrt (N/2) minimal. In diesem Fall ist K=2n, und wegen m=2n und s=n werden k=2n und M=2n. Deshalb müssen in allen Stufen des Verteilkoppelfelds Koppelvielfache unterschiedlicher Größen verwendet werden.

Wird gemäß einer weiteren Dimensionierung des Verteilkoppelfeldes n=sqrt (2N) gewählt und auf eine Expansion in den Koppelvielfachen der ersten Koppelfeldstufe verzichtet, so ist bei einem dreistufigen Verteilkoppelfeld K=n/2, m=n. Dieser Fall ist in Fig. 2 dargestellt, wobei in der zweiten Koppelfeldstufe ebenfalls Koppelvielfache der Anzahl M=n/2 und der Größe n · n verwendet werden und die Zwischenleitungen jeweils Zweierbündel bilden. In den Koppelvielfachen der dritten Koppelfeldstufe wird konzentriert, so daß s=n/2 wird.

Eine solche Dimensionierung des Verteilkoppelfeldes erfordert zwar mehr Koppelpunkte pro Teilnehmer, ist jedoch in der Realisierung einfacher. Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, daß die Teilnehmergruppen (jetzt N/2) bei einer Betriebsstörung eine kleinere Ausfallgruppe bilden.

Bei einer Ausgestaltung des dreistufigen Verteilkoppelfelds nach Fig. 2 mit Zwischenleitungen als Zweierbündel sind folgende Eintragungen in den Belegungstabellen erforderlich:

EMA(q,r) = v
EKA(q,r) = w
CLI(q,r) = i 1
ALI(q,r) = i 2
COA(q,i 2) = 1
COM(v,i 1) = 1
EKE(v,i 1) = w

Für die Durchschaltung der vollständigen Verbindung in den Koppelvielfachen der Koppelfeldstufen sind folgende Einstellungen erforderlich:

Die Zahlenwerte für i, a und e ergeben sich entsprechend der nachfolgend angegebenen Modulo-Rechnung.

i = ((i 2-1) div z) + 1
a = (q-1) _* z + i 2 mod z
e = (v-1) _* z + i 1 mod z

Diese Zahlenwerte können für einen schnellen Zugriff einmal berechnet und in Tabellenspeichern abgespeichert werden.

Für dreistufige Verteilkoppelfelder unterschiedlicher Größe (N) und unterschiedlicher Konfiguration (n,m,K,M,k,s) wurden zahlreiche Simulationsläufe bis zu 10⁸ Verbindungen durchgeführt.

Die Verbindungswünsche wurden mit Hilfe von Zufallsgeneratoren mit Gleichverteilung ermittelt, und es wurde jeweils eine Verkehrslast von 100% eingestellt. Dies entspricht einer Überlastsituation, denn tatsächlich werden einige Verbindungswünsche stets bevorzugt sein, so daß sich die Wahrscheinlichkeit für mögliche Abzweigungen erhöht, was dieBlockierungswahrscheinlichkeit noch verkleinert.

Diese Simulationsläufe zeigen, daß beim erfindungsgemäßen Verteilkoppelfeld die Blockierung praktisch vernachlässigbar ist. Bei einer Konfiguration mit N=1058, n=46, m=46, K=23, z=1, M=46, s=23 und S=529 trat bei der Simulation keine Blockierung auf. Für N=1024, n=32, m=32, K=32, z=1, M=32, k=32, s=16, S=512 wurden bei 10 Millionen Verbindungen lediglich 3 Blockierungen und für N=512, n=32, m=32, K=16, z=2, M=16, k=32, s=16, S=256 eine Blockierung bei 100 Millionen Verbindungen festgestellt.

Das erfindungsgemäße Verteilkoppelfeld weist also eine äußerst geringe Blockierungswahrscheinlichkeit auf, so daß für zukünftige Verteildienste die Grundlage für eine zuverlässige und preisgünstige Durchschaltung der breitbandigen Signale zu einer Vielzahl von Teilnehmern geschaffen worden ist.

Claims (3)

1. Mehrstufiges Verteilkoppelfeld zur Durchschaltung von breitbandigen Signalen in einem Breitband-Verteildienstsystem mit einer Vielzahl von Teilnehmern, welches in jeder Koppelstufe Koppelvielfache zum Aufbau von Mehrfachverbindungen aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß in den Koppelvielfachen (EM(v), MM(i) und AM(g)) aller p Stufen Verzweigungen schaltbar sind,
daß bei einem Verbindungsaufbau anhand von Belegungstabellen, in welchen die Verbindungswege im Verteilkoppelfeld in an sich bekannter Weise abgespeichert sind, zuerst geprüft wird, ob das breitbandige Signal bereits zum Koppelvielfach (AM(q)) der p-ten, teilnehmerseitigen Koppelstufe durchgeschaltet ist,
daß bei einer Durchschaltung zu diesem Koppelvielfach (AM(q)) eine Verzweigung geschaltet wird,
daß bei keiner Durchschaltung zur p-ten Koppelstufe anhand der Belegungstabellen in einem Prüfzyklus für die (p-1)-te Koppelstufe überprüft wird, ob das breitbandige Signal bereits zu dieser Koppelstufe durchgeschaltet ist,
daß bei einer Durchschaltung zur (p-1)-ten Koppelstufe überprüft wird, ob eine freie Zwischenleitung zur p-ten Koppelstufe vorhanden ist und
daß in diesem Fall die Verbindung durchgeschaltet und der Verbindungsweg in den Bewegungstabellen abgespeichert wird.

2. Dreistufiges Verteilkoppelfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Ausgang A(q, r) der Koppelvielfache AM(q) der dritten Koppelstufen drei Tabellenplätze EMA(q, r), EKA(q, r) und MMI(q, r), jedem Eingang der dritten Koppelstufe ein Tabellenplatz COA(q, i) und jedem Ausgang der Koppelvielfache EM(v) der ersten Koppelfeldstufe zwei Tabellenplätze EKE(v, i) und COM(v, i) in den Belegungstabellen zugeordnet sind.

3. Dreistufiges Koppelfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit der Anzahl n von Eingangsleitungen des Koppelvielfaches EM(v) der ersten Koppelstufe bei N Eingangsleitungen die Anzahl A der Koppelvielfache zu K=n/2 und die Anzahl M der Koppelvielfache MM(i) der zweiten Koppelfeldstufe zu M=n/2 gewählt ist,
daß die Koppelvielfache EM(v) und MM(i) der ersten und zweiten Koppelfeldstufe quadratisch sind und
daß die Zwischenleitungen Zweierbündel bilden und die Anzahl s von Ausgangsleitungen der Koppelvielfache AM(q) in der dritten Koppelfeldstufe zu s=n/2 gewählt ist.